Una guida d’onda cava stampata in 3D a bassa perdita da 0,1 THz

L’onda terahertz (THz) è la radiazione elettromagnetica a frequenze da 0,1 a 10 THz, che si trova tra l’onda millimetrica e l’onda infrarossa lontana. Non è stata studiata a fondo a causa della mancanza di efficaci mezzi di generazione, rilevamento e trasmissione, questo fatto viene chiamato  “Terahertz Gap”. L’onda terahertz ha un grande potenziale in imaging non distruttivo, biomedicina e sicurezza nazionale e difesa, perché ha la penetrabilità per la maggior parte dei materiali non polari e non causa danni di ionizzazione mentre copre i livelli di vibrazione e di energia rotazionale delle macromolecole biologiche.

In un documento intitolato ” Una guida d’onda cava stampata in 3D a bassa perdita da 0,1 THz “, un gruppo di ricercatori discute l’uso della stampa 3D per creare dispositivi funzionali THz, come lenti terahertz, piastre di fase, guide d’onda e altro. La stampa 3D è un modo economico, semplice ed efficace per creare questi dispositivi, sottolineano.

“Pertanto, la combinazione di guida dielettrica a bassa perdita e stampa 3D a basso costo aiuterà a superare i colli di bottiglia e realizzare applicazioni remote THz”, affermano i ricercatori. “Il documento si concentra sulla progettazione, fabbricazione e caratterizzazione di una nuova guida d’onda cava a bassa perdita da 0,1 THz. La sua perdita teorica è di soli 0,009 cm-1 e la perdita misurata è 0,015 cm-1. I risultati sperimentali mostrano che la guida d’onda cava proposta non solo riduce la perdita di trasmissione dell’onda terahertz, ma può anche localizzare efficacemente il campo di terahertz e confinare l’angolo di divergenza del raggio di terahertz. ”

I ricercatori hanno usato il PLA per creare la guida d’onda cava. Per prima cosa avevano bisogno di stampare in 3D un disco PLA per ottenere i parametri elettromagnetici del materiale. Il disco è stato stampato su una stampante Ultimaker 3D e caratterizzato dalla spettroscopia nel dominio del tempo terahertz (THz-TDS).

“Dopo che il progetto per la guida d’onda cava potrebbe essere avviato,” i ricercatori continuano. Il primo passo è la progettazione della sezione trasversale della guida d’onda basata sul modello di guida d’onda antirisonante e il disegno del grafico bidimensionale della sezione trasversale. In secondo luogo, il grafico viene importato nel software di simulazione ad elementi finiti (Comsol Multiphysics) e un cerchio più grande attorno alla sezione trasversale viene disegnato come il livello di corrispondenza perfetto. In terzo luogo, i diversi materiali e il corrispondente indice di rifrazione sono selezionati e il modello di progetto è a maglie. Infine, secondo la simulazione, è possibile acquisire l’indice di rifrazione effettivo delle diverse modalità trasmesse nel foro d’aria centrale della guida d’onda cava. ”
(a) Sezione trasversale della guida d’onda cava; (b) Distribuzione del campo in modalità fondamentale HE11
La guida d’onda cava di 90 cm è stata quindi stampata e caratterizzata in 3D. Per verificare l’effetto di localizzazione della guida d’onda cava sull’onda THz, i ricercatori hanno misurato l’angolo di divergenza THz alla fine della guida d’onda. La perdita misurata è stata di 0,015 cm-1. I risultati sperimentali hanno dimostrato che la guida d’onda cava non solo riduce la perdita di trasmissione dell’onda terahertz nell’aria, ma localizza efficacemente anche l’onda terahertz. I ricercatori concludono che il rilevamento e l’imaging THZ a distanza a basso costo possono essere raggiunti in futuro mediante lo sviluppo di guide d’onda cave flessibili e più lunghe.

Gli autori del documento includono Pengfei Qi, Weiwei Liu e Cheng Gong.

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