imec wipt over de terahertzgap - artikel

Plant & Factory 3/11/2020 11:11:51

Het terahertzregime lonkt voor hogeresolutie spectroscopie- en precieze dieptebeeldtoepassingen maar eerst moeten er fysische problemen en technologische barrières doorbroken worden.

Lees hieronder verder   
Verwant

Ruim 8 miljoen euro voor 12 innovatieve COOCK-projecten

imec wipt over de terahertzgap - artikel

Nieuwe drone voor verbeteren veerkracht wegeninfrastructuur

Autobouwer ontwikkelt lichte voertuigen dankzij ruimtevaarttechnologie

Ontwikkeling goedkope, printbare sensoren in stroomversnelling

Europa financiert “PhotonHub Europe” met 19 miljoen euro

>> Meer verwant nieuws
Carrièrekansen (meer)
Agenda

Electrical Safety in Industrial Installations

Pilz Academy - Herentals

woensdag 2 december 2020

Logistiek Manager als Logistiek Auditor

IMF Academy (centraal Nederland)

van 3/12/2020 tot 17/12/2020

Energy Mission Webinar

online event

donderdag 3 december 2020

Safety validation training

Pilz Academy - Herentals

donderdag 3 december 2020

Overdrukbeveiliging en veiligheidskleppen

Het ingenieurshuis - Antwerpen

van 7/12/2020 tot 10/12/2020

Geotechniekdag 2020

Online studiedag

dinsdag 8 december 2020

Keuze van de redactie

(27/11) Eerste AI-gestuurde verpakkingsmachine ontwikkeld

(25/11) Photovoltatronics: slimme, communicerende zonnecellen onderzocht

(24/11) Autobekledingsbedrijf wordt producent van mondmaskers

(23/11) Nederlandse studenten ontwikkelen oven voor recyclage e-waste

(19/11) Proximus, SkeyDrone en DroneMatrix ontwikkelen drone-platform

(18/11) 600.000 euro voor 25 innovatieve West-Vlaamse samenwerkingsprojecten

>> Meer blikvangers

Download het artikel in

ENGINEERINGNET.BE - Terahertz is het gebied (gap) tussen 300 GHz en 3 THz. Terahertz radiogolven hebben een golflengte tussen 0,1 mm en 1 mm (tussen microgolven en het verre infraroodgebied) en gaan door allerlei materialen heen, maar zijn, in tegenstelling tot x-straling, niet-ioniserend.

Dat maakt ze interessant voor sommige medische toepassingen (het scannen op bepaalde kankers, caries in tanden) maar ook voor niet-destructieve testen in verschillende industrieën: de bouw, elektriciteit, maar ook landbouw en voeding. Bepaalde golflengtes binnen het gebied geven een signaal dat specifiek is voor bepaalde materialen.

De belofte is groot en wordt al langer gehoord maar “terahertz is een problematisch regime”, zegt Xavier Rottenberg, Scientific Director - Group Leader Wave-Based Sensors and Actuators bij imec. “Met elektronica dek je de lagere Hertz-regionen af. Eenmaal het trillingsgebied de THz overschrijdt, doe je een beroep op optische componenten. Tussen beide regimes in is er een gebied waar geen van beiden goed werkt. Té snel voor elektronica en te traag voor fotonentechnologie.”



Vooralsnog grijpt men snel naar III/V halfgeleiders met een grotere carrier mobiliteit, zoals gallium arsenide (GaAs). Deze materialen zorgen in bepaalde industrieën, zoals farma, al voor terahertztoepassingen (kwaliteitscontrole, identificatie van chemische bestanddelen). “Maar GaAs en andere III/V halfgeleiders zijn nog steeds ‘exotische’ materialen, duur en… dat is industrie-gewijs dus ‘tricky’.”

De nodige componenten bestaan gewoon nog niet om met het betaalbaarder silicium échte terahertz te realiseren voor toepassingen in bredere industrieën. “Dat maakt het nu juist interessant voor imec om vanuit de hardware toch een oplossing te ontwikkelen. Wij hebben een siliciumplatform en gebruiken ‘trucjes’ om er terahertz mee aan te spreken.”

Fotomixing
Door germaniumfotodiodes en fotogeleiders te koppelen aan antennes en golfgeleiders die geïntegreerd zijn in zijn hybride SiPho-platform, kunnen dichte arrays van THz-emitters en detectoren worden gerealiseerd. Ook zijn met fotonische circuits geavanceerde functies zoals THz-straalsturing en fasecontrastbeeldvorming op de chip mogelijk. Rottenberg licht toe.

“De stroom van fotonen kan gemeten worden door het gebruik van een pixel, een fotodiode. Als de lichtintensiteit gemoduleerd is op terahertzfrequentie, dan kan je terahertzstraling opwekken. Die lichtmodulatie kan eenvoudig geproduceerd worden door twee lichtbronnen te gebruiken. Dat is helemaal niet ingewikkeld. Met laserlicht kan je twee continue elektromagnetische golven op elkaar zetten: sinus A + B.


“Wij hebben een siliciumplatform en gebruiken ‘trucjes’ om er terahertz mee aan te spreken”, zegt Xavier Rottenberg, Scientific Director - Group Leader Wave-Based Sensors and Actuators bij imec.(Foto : imec)

Dit resulteert in een golf met een gemiddelde frequentie gemoduleerd aan het verschil van de frequenties. Die modulatie is eveneens makkelijk te integreren. We kunnen bovendien meerdere bronnen op een chip zetten. Kortom, we genereren de terahertz aan de hand van het verschil in frequentie van twee lichtbronnen. Als je de frequentie van de lichtbronnen verandert, genereer je telkens een andere terahertz.”

Vervolgens hang je aan de uitgang van de fotodiode een THz-antenne. Die schiet in alle richtingen. Om nuttig te zijn, vergt het een ‘lens’. Dat kan met een silicium halfsfeer van een centimeter groot, maar dat is lastig en bulky. Daarom werkt imec aan integrated beam forming. “Wij koppelen het licht aan dat platform. Via een waveguide kunnen we het licht splitten, van één tot 64 lichtpunten. Het lijkt wel een radar met veel antennes.”

Er is zoiets als constructieve en destructieve interferentie. Als het licht van alle 64 lichtpunten interfereert, wordt er slechts in één richting geschoten. “Zo bekomen we een lenseffect zonder fysieke lens.” Aan die opstelling kan je nog verder sleutelen. “Door een vertraging te zetten op het afvuren van de individuele antennes (elke antenne schiet dan op een ander moment) gaat de constructieve straal kantelen. Je hebt geen mechanisch wentelende radar noch een lens meer nodig.”

Zet de siliciumoplossing van imec even goede resultaten neer als de competitie met exotische materialen? Rottenberg en zijn team wilden aantonen dat dat met hun microscopische on-chip oplossing inderdaad het geval is. “We maten de performantie en we zijn ‘on par’, dus competitief, met oplossingen die exotischer materialen gebruiken, bulkier zijn en mechanische sturing nodig hebben.” <<
Door Luc De Smet 



Kader: Terahertz van soorten
Terahertz ligt goed in de markt. Er zijn dan ook meerdere spelers actief. Een kleine greep.
  • Het Franse Terakalis, opgericht in 2013 als T-Waves Technologies, een spin-off van CNRS in Montpellier, biedt productscanners aan, aanvankelijk in automotive en composieten maar ook in de lucht- en ruimtevaart. Na een flinke financieringsronde midden 2019, mikt het nu op inline controles op productielijnen en internationaliseren.
  • Het Duitse TOPTICA Photonics AG werd in 1998 in de buurt van München opgericht en ontwikkelt en bouwt laser fotonica apparatuur, zowel voor research als de industrie. Maar ook terahertzsystemen.
  • Het eveneens Duitse Becker Photonik GmbH (Porta Westfalica) is dienstverlener in terahertzscannen en ontwikkelt ook apparatuur op maat van klanten. (Foto Becker Photonik Gmbh)

Reageren
Abonneer op onze nieuwsbrief

Mis ook dit niet...

Goedkope en groene waterstof op industriële schaal

TNO en andere vooraanstaande kennisinstellingen in Europa lanceren voorstellen om elektrolyse van waterstof met duurzame energie op grotere schaal snel te introduceren, tegen lagere kosten.

Toekomstig hoorapparaat luistert naar hersengolven

KU Leuven heeft een techniek ontwikkeld, dat op basis van hersengolven binnen de seconde bepaalt naar wie je luistert, en ruis weg filtert. Dit moet leiden tot betere hoorapparaten.

Consortium met DEME wint contract voor bouw Italiaanse haven

Een consortium met Dredging International (dochter van DEME) en het Italiaanse bouwbedrijf Consorzio Stabile Grandi Lavori gaat de Ravenna Port Hub in Italië bouwen.

Photovoltatronics: slimme, communicerende zonnecellen onderzocht

TU Delft gaat zonnecellen zo ontwerpen dat er sprake is van een nieuwe component die naast elektriciteitsopwekking ook informatie kan verwerken en delen.

Autobekledingsbedrijf wordt producent van mondmaskers

In het Oost-Vlaamse Assenede produceert ECA sinds juli chirurgische mondmaskers. Daarvoor zette het Belgische autobekledingsbedrijf een volledig nieuwe afdeling op.

Europees herstelplan: 10 voorstellen van Agoria voor Belgisch digitaal plan

In het Europees herstelplan staat dat minstens 20% van het budget van de 'faciliteit voor herstel en veerkracht' wordt aangewend voor digitaal. Dit is ruim 1 miljard euro voor België.

Biodiesel uit afval helpt CO2-emissies te verminderen

In de transportsector wordt bij het verlagen van CO2-emissies vaak richting elektrische trucks gekeken, maar biodiesel HVO, gemaakt uit afvalstoffen, is eveneens een valabel alternatief.

Elektrisch aangedreven locomotief milieuvriendelijker en kostenefficiënter

Siemens Mobility ontwikkelde de Vectron Dual Mode-locomotief, die de voordelen van elektrische aandrijving gebruikt waar mogelijk en overschakelt naar diesel waar nodig.

EvoTRAC S1901-platform biedt flexibiliteit en ingebouwde AI

Kontron heeft zijn EvoTRAC S1901-platform gelanceerd. geschikt voor veeleisende toepassingen in zware mobiele machines in de bouw-, landbouw-, vrachtwagen- en mijnbouwsector. Het is een modulair AI-geoptimaliseerd systeem, ontworpen om GPU-versnelde applicaties te voeden vanuit een compacte, robuuste vormfactor. >>

Partners