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

Vlaanderen investeert jaarlijks vijf miljoen euro in Open Science

Cryomodules ontwikkeld voor onderzoeksreactor MYRRHA

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

>> Meer verwant nieuws
Carrièrekansen (meer)
Agenda

Handhaving van octrooirechten

Het Ingenieurshuis - Antwerpen

van 26/01/2021 tot 14/12/2021

New dimensions of adaptive manufacturing

B&R online event

woensdag 27 januari 2021

Alternatief fossiele brandstof voor stoomproductie

Webinar

vrijdag 29 januari 2021

Postgraduaat Vastgoedkunde

Leuven of Kortrijk

van 4/02/2021 tot 10/12/2021

Toekomst federaal energiebeleid

Webinar

woensdag 10 februari 2021

'Digital Twin' versterkt maakindustrie?

Online event

vrijdag 12 februari 2021

Keuze van de redactie

(19/1) Gimv verkoopt telecomspecialist OTN Systems

(19/1) VINCI Energies heeft Legendre Conveyors overgenomen

(15/1) Campine start nieuwe antimoonrecyclage

(14/1) Solvay lanceert waterstofplatform

(12/1) Zinksmelter Nyrstar installeert reuzenbatterij voor energieopslag

(11/1) Slimme radar in Gentse haven laat optimaal gebruik windturbines toe

>> 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...

Spin van elektronen in quantumdots bruikbaar als bit voor quantumcomputer?

TU Eindhoven onderzocht of de spin van elektronen in quantumdots is te manipuleren door de quantumdot in een nanodraad te onderwerpen aan trekkrachten, voor gebruik in quantumcomputers.

Hugo Thienpont wint SPIE Gold Medal Award

VUB-professor Hugo Thienpont, vicerector Innovatie- en Valorisatiebeleid en onderzoeksdirecteur van de VUB-onderzoeksgroep B-PHOT Brussels Photonics heeft de SPIE Gold Medal 2021 gewonnen.

Nieuwe materietoestand ontdekt: vloeibaar glas

Een internationaal onderzoeksteam heeft een nieuwe materietoestand ontdekt, namelijk vloeibaar glas, met structuureigenschappen die tot nu toe niet eerder zijn waargenomen.

Solvay lanceert waterstofplatform

In dit waterstofplatform gaat Solvay alle innovatie binnen het bedrijf samenbrengen voor de opkomende waterstofeconomie. Het gaat hierbij zowel om materiële als chemische oplossingen.

Biotechnologen bouwen kunstmatig chromosoom in gist

TU Delft onderzoekers kunnen het kunst­chromosoom gebruiken om gistcellen om te bouwen tot levende fabriekjes die in staat zijn om nuttige chemicaliën en zelfs medicijnen te produceren.

Mark Beunk is nieuwe general manager bij Kaspersky Benelux en Nordics

Mark Beunk zal als general manager bij Kaspersky toezicht houden op de verkoop en activiteiten in België, Nederland, Luxemburg, Zweden, Noorwegen, Denemarken, Finland en IJsland.

Robotchirurgie met een nieuw magnetisch systeem

UTwente gaat een systeem ontwikkelen voor magnetisch aangedreven robotchirurgie. Dit biedt een handiger en nauwkeuriger alternatief voor tendon-aangedreven of handmatige instrumenten.

Verbindende factor vernieuwde proceslijn Feed Design Lab

Feed Design Lab, het praktijkonderzoek & educatiecentrum voor innovatie en verduurzaming van de diervoerindustrie, heeft zijn vernieuwde proeffabriek in gebruik genomen.

B&R vereenvoudigt het beheer van gebruikersgroepen

B&R heeft het centrale gebruikersbeheer op fabrieksniveau vereenvoudigd. Met de mapp UserX softwaremodule is het nu mogelijk diensten op basis van LDAP (Lightweight Directory Access Protocol) te gebruiken om gecentraliseerd beheer van gebruikers en -groepen te implementeren. Bijvoorbeeld met behulp van Active Directory van Microsoft. >>

Partners