來自Skoltech、MIPT 和 ITMO 的物理學家組成的聯(lián)合團隊開發(fā)出一種光學元件，有助于管理太赫茲光束的特性并將其分成幾個通道。這種新裝置可用作太赫茲渦旋束的調制器和發(fā)生器，用于醫(yī)療、6G 通信和顯微鏡檢查。論文發(fā)表在《先進光學材料》雜志上。

快速發(fā)展的太赫茲技術涉及以介于微波和紅外頻段之間的約 1 萬億赫茲（或 1 太赫茲）的頻率傳輸信號。它將用于高速 6G 通信和醫(yī)學領域，作為 X 射線的替代品。目前，研究人員正致力于制造適應這些頻率的光學元件，以及可用于傳輸此類信號的發(fā)生器。

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螺旋帶板制造工藝

來自 MIPT 和 Skoltech 的物理學家聯(lián)合開發(fā)了一種基于碳納米管的變焦菲涅爾區(qū)板，能夠聚焦太赫茲輻射，并通過拉伸調整板的特性。在最近的研究中，研究人員與 ITMO 聯(lián)手合成了一種可在太赫茲范圍內工作的光學元件。

MIPT納米光學和等離子體實驗室高級研究員Maria Burdanova說：“我們與 Skoltech 和 ITMO 一起贏得了光子學聯(lián)合研究項目 Clover 競賽，并決定創(chuàng)建一個螺旋區(qū)板。ITMO對板的形狀和性能進行了設計計算，Skoltech合成了納米材料并制造了具有預期幾何形狀的板，MIPT利用俄羅斯科學院普通物理研究所的設施對板進行了實驗測試。”

新板由碳納米管薄膜制成，能扭曲穿過它的太赫茲光束的波面。在實驗中，研究小組將兩塊板并排放置，然后相對旋轉，從而改變了輻射強度的分布，并將光束分成幾個不同輻射強度的區(qū)域（模式），每個模式都可用作信息傳輸通道。

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調制器焦點附近光束強度和相位的空間分布示例。

研究小組利用太赫茲成像法對平板的特性進行了實驗測試。將一個強大的輻射源對準平板，使用亞波長孔徑和基于戈萊單元的二維光柵掃描系統(tǒng)檢測電磁場強度的分布。研究人員利用得到的圖像來確保平板產生扭曲光束，并檢查強度模式。

這種新型調制器適用于各種需要聚焦和重新定位光束的應用，包括太赫茲顯微鏡和生物醫(yī)學。

由于缺乏統(tǒng)一的儀器和設備標準，進入太赫茲波段是一項重要挑戰(zhàn)。同時，它也為競爭性研究和創(chuàng)造獨創(chuàng)性解決方案打開了大門。凸顯碳納米管前景的關鍵特征之一是，可以通過原子、超分子和微米級別的響應，創(chuàng)造出具有不同效應微調特性的多功能設備。

Skoltech Photonics 公司副教授Dmitry Krasnikov評論道：“我們的聯(lián)合團隊首次成功引入了一種額外的效應：不同納米管圖案之間的相互作用。這為未來的設備鋪平了道路。令人驚訝的是，這項研究從最初的想法到概念驗證只用了不到九個月的時間，這是我職業(yè)生涯中迄今為止最快的項目之一。如果沒有 ITMO、MIPT 和 Skoltech 的共同努力，這一突破是不可能實現(xiàn)的。這凸顯了種子計劃在加強俄羅斯國內研究團隊合作方面的潛力。”

Burdanova 補充道：“我們的三葉草項目今年已經(jīng)延期。我們計劃在相同螺旋區(qū)板的基礎上制造太赫茲自適應變焦設備，但要增強操縱能力。我們還希望為我們已有的設備申請專利。”

2023 年，Skoltech、MIPT 和 ITMO 大學發(fā)起了 "四葉草計劃"，以支持合作研究，促進國內三所頂尖大學在光子學領域的合作。四葉草計劃面向剛剛開始科學生涯的學生、研究人員和博士后，讓他們參與前沿研究項目，促進頂尖研究團隊之間的流動。

其長期目標是在俄羅斯啟動光子學及相關領域的大型項目。Clover 競賽匯聚了生物光子學、先進光子材料、拓撲光子學、光學計算以及激光物理和技術領域的頂尖研究人員。

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論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1002/adom.202303282