用於太赫茲光譜和成像的小型化系統設計

• 項目資料:

項目編號:	T42-103/16-N
研究項目名稱:	用於太赫茲光譜和成像的小型化系統設計
項目統籌人:	陳志豪教授
統籌院校:	香港城市大學
參與院校:	香港大學

• 項目簡介

太赫茲（THz）波是在傳統的微波和紅外區域之間的電磁波譜，具有廣泛應用。太赫茲波的穿透力雖容易受到水分子的影響，但可用來區分正常和癌變組織。 當用於成像時，藥物和食品中的異物便可方便地被檢測出來。 在利用該前瞻性的頻率資源時，研究人員面臨着巨大的研究障礙，這些障礙歸因於高額的測試設備成本和缺乏具有足夠功率的可用太赫茲源。 用於成像和光譜學的低成本、緊湊型太赫茲系統可加速太赫茲研究，並解決很多影響我們的緊迫問題。我們的共同努力將為高解析度成像、高增值製造業的材料檢測和食品安全帶來發展。

• 研究影響

我們研發了低成本、高功率的太赫茲源，它基於可擴展的耦合振盪器 – 輻射器陣列結構，由 65 納米互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術實現。 這些晶片由基頻的同步振盪器組成，所需的諧波信號以相干方式輻射以獲得高輸出功率。 我們的第二諧波晶片運作在 0.45THz，與低成本的特氟隆透鏡結合，產生的最高有效各向同性輻射功率（EIRP）為28.2dBm。 0.7THz 的第三諧波晶片在所有高於 0.6THz 的相干、可擴展的輻射器集成電路中實現了最高的 -3-dBm 輸出功率。我們還研發了 0.32THz 的波束掃描晶片，掃描範圍為 ±30º。 這些太赫茲源能取代笨重的基於波導的設置，為太赫茲天線和我們開發的太赫茲穆勒矩陣成像和光束操縱裝置提供能源。 我們成功地展示了空間 – 時間 – 編碼的超構表面天線，可以通過單元的開關序列來操縱天線輻射的偏振、振幅、頻率、光束方向和相位。這項顛覆性技術為成像和通信提供了新的視角。儘管為了驗證概念而設計在 27GHz，但通過 CMOS技術可以將天線的頻率擴展到太赫茲頻率。 太赫茲技術的應用不僅限於成像和光譜學，還包括未來第六代（6G）無線通信。我們已經開發了太赫茲光學調製器，將太赫茲信號有效地調製成光載波頻率，使得太赫茲信號在光通信網絡的長距離傳輸成為可能。我們製造的鈮酸鋰薄膜調製器在 170GHz 及 295GHz 時分別具有 3dB 及 6dB 電光頻寬。 隨著混頻器、放大器等進一步融入我們的太赫茲輻射器 IC，本項目的產出為我們未來展示 6G 無線通訊鋪平了道路。