Schermi stampati in 3d in plastica per calibrare i raggi Terahertz 

I ricercatori del TU Wien utilizzano degli schermi stampati in 3d in plastica per modellare perfettamente i raggi Terahertz

Lo spettro terahertz è nascosto tra le lunghezze d’onda elettromagnetiche più comunemente note, come gli infrarossi e le microonde. Questo spettro, e le lunghezze d’onda delle radiazioni che emette, è ancora un  nuovo campo di studio, e i ricercatori hanno scoperto che le radiazioni terahertz (THz) contengono informazioni che possono aggiungere valore alle applicazioni di immagini e comunicazioni; le THz vengono spesso utilizzate  per l’analisi dei materiali nei laboratori, così come nei controlli di sicurezza aeroportuali. La sua lunghezza d’onda, nel range millimetrico, è molto più grande di quella della luce visibile e le sue travi possono essere manipolate solo con tecniche speciali.

Passando dalla sua più recente attenzione ai  materiali di stampa 3D , i ricercatori dell’Università tecnica di Vienna ( TU Wien ) in Austria hanno studiato i modi per modellare il fascio terahertz perfetto e sono riusciti grazie a uno schermo in plastica stampato con precisione 3D.

Il team di ricerca TU Wien può utilizzare questo semplice schermo stampato 3D per modellare con precisione i fasci di terahertz nelle forme desiderate.

“La plastica normale è trasparente per i raggi terahertz, in modo simile al vetro per la luce visibile. Tuttavia, le onde di terahertz rallentano un po ‘quando attraversano la plastica “, ha spiegato il professor Andrei Pimenov dell’Istituto di Fisica dello Stato Solido della TU Wien. “Questo significa che le creste e le depressioni del raggio diventano un po ‘spiazzate – lo chiamiamo spostamento di fase”.
Pensa a una lente ottica di vetro, con un mezzo più spesso del bordo. Quando un raggio di luce colpisce il centro dell’obiettivo, passerà più tempo nel vetro di un secondo raggio che colpisce il bordo allo stesso tempo. Ciò fa sì che il raggio di luce medio sia più ritardato di fase rispetto a quello sul bordo, che quindi modifica la forma del raggio – ad esempio, un raggio più ampio di luce può focalizzarsi su un singolo punto. I ricercatori della TU Wien hanno usato questo stesso tipo di sfasamento per modellare i fasci di terahertz, sebbene siano ben lontani da questa linea di studi.

“Non volevamo solo mappare un raggio ampio a un punto”, ha detto Jan Gosporadič, uno studente di dottorato della squadra del professor Pimenov. “Il nostro obiettivo era essere in grado di portare qualsiasi raggio in qualsiasi forma.”
I ricercatori hanno fatto proprio questo inserendo uno schermo di plastica stampato con precisione 3D, con un diametro di pochi centimetri, nel raggio. Devono regolare lo spessore dello schermo, da 0 a 4 mm, durante il processo per deviare in modo controllato le diverse aree del fascio. Quindi, finiranno con l’immagine o la forma desiderata alla fine.

“Il processo è incredibilmente semplice. Non hai nemmeno bisogno di una stampante 3D con una risoluzione particolarmente alta “, ha detto il professor Pimenov. “Se la precisione della struttura è significativamente migliore della lunghezza d’onda della radiazione utilizzata, allora è sufficiente – questo non è un problema per la radiazione di terahertz con una lunghezza d’onda di 2 mm”.
Jan Gospodarič e il professor Andrei Pimenov nel laboratorio.
Il team ha recentemente pubblicato un documento sul loro lavoro, intitolato ” Forme ondulate in fase di stampa 3D per la modellatura del fascio THz “, in Applied Physics Letters ; i coautori includono Gosporadič, A. Kuzmenko, Anna Pimenov, C. Huber e D. Suess dell’Università di Vienna , S. Rotter e il professor Pimenov.

L’abstract dice: “Il progresso della stampa 3D apre un nuovo modo di costruire componenti custom terahertz (THz) a prezzi accessibili grazie alla risoluzione di stampa e alla trasparenza THz dei materiali polimerici. Presentiamo un modo per calcolare, progettare e fabbricare una piastra d’onda THz che modula in fase un raggio THz incidente ( λ 0 = 2,14 mm) per creare un profilo di intensità predefinito del fronte d’onda ottico su un piano dell’immagine distante. I nostri calcoli sono stati eseguiti per due diverse intensità target con l’uso di un algoritmo Gerchberg-Saxton modificato. I risultanti profili modulati in fase sono stati utilizzati per modellare gli elementi polilattici, che sono stati stampati con una stampante 3D disponibile in commercio. I risultati sono stati testati in una configurazione sperimentale THz dotata di un’opzione di scansione, e hanno mostrato un buon accordo con le previsioni teoriche. ”
Quando gli schermi vengono inseriti nel raggio, emergono modelli specifici: una croce o il logo TU Wien.
I ricercatori hanno sviluppato uno speciale metodo di calcolo per ottenere il design desiderato per i loro schermi stampati in 3D. Per mostrare quanti possibili progetti sono stati aperti attraverso il loro nuovo metodo di modellatura del raggio THz, il team di ricerca TU Wien ha stampato diversi schermi, inclusa un’opzione che forma un raggio ampio nella forma facilmente riconoscibile del logo dell’università.

Il professor Pimenov ha dichiarato: “Questo dimostra che non ci sono praticamente limiti geometrici alla tecnologia. Il nostro metodo è relativamente facile da applicare, il che ci porta a credere che la tecnologia sarà rapidamente introdotta per l’uso in molte aree e che la tecnologia terahertz che sta emergendo lo renderà un po ‘più preciso e versatile. ”

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