چالش های گسترش باند تراهرتز

چالش های گسترش باند تراهرتز چیست؟
اگرچه باند THz چندین ویژگی جذاب دارد، اما چالش های خاصی برای فناوری های تراهرتز وجود دارد.

دلیل اصلی عدم توسعه زمینه تراهرتز در مقایسه با باندهای همسایه عدم وجود منابع و آشکارسازهای کارآمد، منسجم و فشرده است.

این خصوصیات را می توان در منابع متداول فرکانس مایکروویو مانند ترانزیستورها یا آنتن های RF/MW و دستگاه هایی یافت که در محدوده مرئی و مادون قرمز کار می کنند (مانند دیودهای لیزر نیمه هادی).

با این حال، اتخاذ این فناوری ها برای بهره برداری در ناحیه THz بدون کاهش قابل توجه توان و کارایی امکان پذیر نیست.

در ابتدای دامنه فرکانس تراهرتز، به طور کلی از ادوات الکترونیکی حالت جامد استفاده می شود. با این حال، چنین دستگاه هایی به دلیل اثرات سلفی-مقاومتی و زمان انتقال طولانی دارای «افت تدریجی» یا «رول آف» 1/f 2خواهند بود.

از طرف دیگر، ادوات نوری مانند لیزرهای دیودی به دلیل کمبود مواد با انرژی «نوار ممنوعه» (Bandgap) کافی، در محدوده تراهرتز عملکرد خوبی ندارند.

چالش دیگر در باند THz تلفات زیاد آن است. امواج تراهرتز در شرایط جوی و محیط مرطوب جذب بالایی دارند. تضعیف جوی در طیف الکترومغناطیسی در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 2: تضعیف در سطح دریا برای شرایط مختلف جوی: باران = 4 میلی متر در ساعت؛ مه = 100 متر دید STD = 7٫5 گرم در متر مکعب بخار آب؛ 2 × STD = 15 گرم در متر مکعب بخار آب.

بدیهی است که تضعیف سیگنال در محدوده THz بسیار بیشتر از باند مایکروویو و مادون قرمز است. این تا حدی به این دلیل است که مولکول های آب در این محدوده به تشدید می رسند.

ویژگی های جوی نامطلوب امواج THz آن ها را به یک ناحیه با فرکانس کاری مناسب برای دو مورد زیر تبدیل می کند:

هوافضا:
در فضا، محیط تقریباً خلأ است، بنابراین جذب سیگنال و تضعیف آن به دلیل قطرات آب مشکلی ایجاد نمی کند.

همچنین، امضای طیفی گرد و غبار بین ستاره ای در ناحیه تراهرتز واقع شده است. بنابراین، فناوری تراهرتز به طور گسترده ای در نجوم رادیویی مانند پرتاب رصدخانه فضایی هرشل توسط آژانس فضایی اروپا مورد استفاده قرار گرفته است.

برد کوتاه:
برای کاربردهای کوتاه برد، تضعیف جوی بسیار ناچیز است، به ویژه فرکانس های دارای جذب زیاد. این امر، حذف/بازشناسی اثر این خطوط باریک را آسان تر می کند.

از این رو، فناوری تراهرتز ابزاری بسیار کارآمد برای تحقیقات بنیادی در رشته های مختلف مانند فیزیک و شیمی است. همچنین، تراهرتز یک گزینه جذاب برای ارتباطات بی سیم کوتاه برد با سرعت داده بالا است.