日本東北大學的研究人員開發出了一種用於太赫茲波訊號的可調濾波器，從而提高了傳輸速率並改善了訊號品質。這項突破對於推動太赫茲在通訊、醫學影像和工業分析領域的應用至關重要，有望充分釋放太赫茲波在各個領域的潛力。

太赫茲頻率電磁波為通訊、掃描和成像技術的進步帶來了巨大的希望。然而，利用它們的潛力卻障礙重重。東北大學的研究小組取得了突破性進展，專門針對太赫茲頻譜創建了一種新型可調濾波器。他們的研究成果發表在《光學快報》（Optics Letters）雜誌。

太赫茲波屬於電磁波譜中介於微波和紅外線頻率之間的區域。太赫茲波比無線電波頻率高（波長短），但比可見光頻率低。日益擁擠的無線電波頻譜承載著WiFi、藍牙和當前行動電話（手機）通訊系統傳輸的大量資料。

所開發的可調濾波器的概念示意圖。 (a) 濾波器的橫斷面圖；(b) 週期與折射率之間的關係；(c) 折射率變化所造成的頻率偏移。資料來源：Ying Huang 等人

電磁頻譜低頻部分的訊號擁塞是探索太赫茲區域的一個誘因。另一個原因是太赫茲具有支援超高資料傳輸速率的能力。不過，將太赫茲訊號用於常規應用的一個關鍵挑戰是，必須能夠在特定頻率上調整和過濾訊號。需要進行濾波，以避免受到所需頻段以外訊號的干擾。

太赫茲濾波技術的突破

東北研究小組的Yoshiaki Kanamori 說：”我們構建並演示了太赫茲波頻率可調濾波器，與傳統系統相比，它實現了更高的傳輸速率和更好的信號質量，揭示了太赫茲無線通信的潛力。

機械折射率可變超材料。資料來源：Ying Huang et al.

這種新型太赫茲濾波器基於一種名為法布里-珀羅干涉儀的裝置，與所有乾涉儀一樣，它依賴於不同電磁輻射波在鏡面間反彈時相互影響而產生的干涉圖案。研究人員的版本使用結構精細的光柵作為鏡面之間的材料，其間隙小於相互作用波的波長。光柵的可變拉伸允許對其折射率進行必要的精細控制，以調整干涉儀的濾波效果。這樣就只能傳輸所需的頻率。使用不同的光柵可以控制不同的選定頻率範圍。

該團隊已經展示了他們的系統在適用於下一代（6G）行動電話訊號的頻率上的應用。

透過控制週期來調節折射率和頻率。資料來源：Ying Huang et al.

Kanamori說：”除了我們的方法在通訊系統中的應用外，我們還設想在醫學和工業領域的掃描和成像技術中使用我們的方法。”

太赫茲波在掃描和成像方面的一個優點是，它可以輕易穿透阻擋光線通過的材料，包括生物組織。除了醫療應用外，這也為材料分析、安全系統和製造過程中的品質控制提供機會。

Kanamori總結說：”總之，我們的工作提供了一種簡單而經濟有效的方法來過濾和主動控制太赫茲波，這將推動其在許多應用中的使用。”

編譯來源：ScitechDaily