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.

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)

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. Dalende jaarcijfers North Sea Port door corona, Brexit en oliecrisis Vorig jaar boeken de bedrijven in North Sea Port 63,5 miljoen ton goederenoverslag via zeevaart, een daling van 11,2%. De coronacrisis, brexit en de oliecrisis laten zich duidelijk voelen. Genetische code SARS-CoV-2 snel op te sporen via deep-learning Een internationaal team ontwikkelde een deep learning methode om een uniek stukje van de genetische code van SARS-CoV-2 te identificeren, voor sneller en nauwkeuriger testen. VUB-fysicus Bob Coecke krijgt leiding bij Cambridge Quantum Computing VUB-fysicus Bob Coecke komt aan het hoofd te staan van het gerenommeerde bedrijf Cambridge Quantum Computing (CQC), wereldwijd leider op het gebied van kwantumsoftware en -algoritmen.

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. >> Wago Pro 2 serie uitgebreid met DIN-rail netvoedingen De ultramoderne DIN-rail netvoedingen uit de serie Pro 2 van WAGO met 480 of 960 watt kunnen worden uitgebreid met een communicatiemodule voor het uitwisselen van gegevens met een SPS (PLC) of een IoT-gateway. Deze kunnen gemakkelijk geïntegreerd worden in de bestaande infrastructuur. >> Topjobs op Engineeringnet Onze Belgische jobboard 'Engineeringnet TopJobs' onderscheidt zich door specialisatie. We bieden u als recruiter een platform met uitsluitend technische bezoekers aan (knelpuntberoepen!). Dat is een doelgroep die via andere kanalen zéér moeilijk bereikbaar is.