Le onde terahertz occupano una regione dello spettro elettromagnetico tra le frequenze delle microonde e degli infrarossi. Hanno una frequenza più alta (lunghezza d'onda più corta) delle onde radio ma una frequenza inferiore a quella della luce visibile. Lo spettro delle onde radio, sempre più congestionato, trasporta l'enorme quantità di dati trasmessi da WiFi, Bluetooth e dagli attuali sistemi di comunicazione di telefonia mobile (cellulare).

La congestione dei segnali nelle parti a frequenza più bassa dello spettro elettromagnetico è un incentivo per esplorare le opzioni nella regione dei terahertz. Un altro è la capacità di supportare velocità di trasmissione dati ultra elevate. Una sfida fondamentale nell’utilizzo dei segnali terahertz per applicazioni di routine, tuttavia, è quella di riuscire a sintonizzare e filtrare i segnali a frequenze specifiche. Il filtraggio è necessario per evitare interferenze provenienti da segnali al di fuori della banda di frequenza desiderata.

"Abbiamo costruito e dimostrato un filtro sintonizzabile in frequenza per le onde terahertz, che ha ottenuto una velocità di trasmissione più elevata e una migliore qualità del segnale rispetto ai sistemi convenzionali, rivelando il potenziale per le comunicazioni wireless terahertz", afferma Yoshiaki Kanamori del team di Tohoku. Aggiunge che il lavoro potrebbe essere applicato più ampiamente anche al di fuori della banda di frequenza dei terahertz.

Il nuovo filtro terahertz si basa su un dispositivo chiamato interferometro Fabry-Perot, che, come tutti gli interferometri, si basa sugli schemi di interferenza creati quando diverse onde di radiazione elettromagnetica interagiscono tra loro mentre rimbalzano tra gli specchi. La versione dei ricercatori utilizza reticoli finemente strutturati, con spazi inferiori alla lunghezza d'onda delle onde interagenti, come materiale tra gli specchi.

L'allungamento variabile dei reticoli consente il controllo preciso del loro indice di rifrazione necessario per ottimizzare l'effetto di filtraggio dell'interferometro. Ciò consente di trasmettere solo la frequenza desiderata. L'utilizzo di reticoli diversi consente il controllo su diverse gamme di frequenza selezionate.

Il team ha dimostrato l'applicazione del proprio sistema per frequenze adatte ai segnali dei telefoni cellulari di prossima generazione (6G).

"Oltre all'applicazione del nostro metodo nei sistemi di comunicazione, prevediamo anche l'uso nelle tecnologie di scansione e imaging in medicina e nell'industria", afferma Kanamori.

Un vantaggio delle onde terahertz nella scansione e nell’imaging è che possono penetrare facilmente nei materiali, compresi i tessuti biologici, che bloccano il passaggio della luce. Oltre alle applicazioni mediche, ciò può offrire opportunità per l'analisi dei materiali, i sistemi di sicurezza e il controllo di qualità nella produzione.

"Nel complesso, il nostro lavoro offre un metodo semplice ed economico per filtrare e controllare attivamente le onde terahertz, che potrebbe far avanzare il loro utilizzo in molte applicazioni", conclude Kanamori.