Los circuitos fotónicos y de Terahertz integrados y probados en un solo chip. El espejo de oro generado es recolectado por el espejo de oro en la parte posterior para ser utilizada para espectroscopía (o detección) de diferentes materiales. Crédito: EPFL/Alain Herzog CC por SA 4.0
Los investigadores de la Universidad EPFL y Harvard han diseñado un chip que puede convertirse entre pulsos electromagnéticos en el terahercios y los rangos ópticos en el mismo dispositivo. Su diseño integrado podría permitir el desarrollo de dispositivos para telecomunicaciones ultrarrápidas, rango, espectroscopía y computación.
La radiación de Terahertz describe una banda de ondas en el espectro electromagnético con frecuencias más altas que las microondas (que se utilizan en tecnologías de telecomunicaciones como Wi-Fi) pero más baja que la luz infrarroja (utilizada en láseres y fibras ópticas). Sus longitudes de onda cortas significan que las señales de Terahertz (THZ) pueden transmitir grandes cantidades de datos muy rápido, pero conectar la radiación THZ a las tecnologías ópticas y de microondas existentes ha sido extremadamente desafiante.
En 2023, los investigadores en el Laboratorio de Fotónica Híbrida se acercaron un paso más para cerrar esta brecha cuando crearon un chip fotónico extremadamente delgado hecho de litio niobato que, cuando se conectó a un haz láser, produjo ondas THZ finamente adaptables. Ahora, el equipo ha informado un diseño novedoso que no solo genera ondas THZ, sino que también detecta las entrantes al convertirlas en señales ópticas.
Esta conversión bidireccional en una sola plataforma miniaturizada es un paso esencial para unir el THZ y los dominios ópticos y podría permitir el desarrollo de dispositivos compactos y de eficiencia eléctrica para la comunicación, la detección, la espectroscopía y la computación. La investigación ha sido publicado en la naturaleza comunicaciones.
“Además de demostrar la primera detección de pulsos THZ en un chip de circuito fotónico de litio niobato, generamos campos eléctricos THZ más de 100 veces más fuertes y aumentamos el ancho de banda en un factor de cinco (de 680 GHz a 3.5 THz)”, dice Cristina benea-chelmus, cabeza del laboratorio de híbridos.
Desde el radar de Terahertz hasta las comunicaciones 6G
Doctor en Filosofía. El estudiante y primer autor Yazan Lampert explica que el diseño innovador del equipo se centra en incrustar estructuras del tamaño de micrones llamadas líneas de transmisión en su chip fotónico de litio niobato. Estas líneas actúan como cables de radio a escala de chip para guiar las ondas THZ a lo largo del chip. Al colocar una segunda estructura cercana para guiar las ondas ópticas (ligeras), los científicos mejoraron la interacción y la conversión entre los dos con una pérdida de energía mínima.
“Podemos controlar los pulsos ópticos y THZ en la misma plataforma simplemente a través de nuestro diseño de circuito miniaturizado. Nuestro enfoque combina circuitos fotónicos y circuitos THZ en un solo dispositivo con un ancho de banda sin precedentes”, dice Lampert.
Las señales de THZ de banda ancha generadas por el dispositivo híbrido podrían, por ejemplo, usarse para desarrollar radar basado en Terahertz, en el que se podrían usar pulsos THZ extremadamente cortos para estimar la distancia de un objeto (rango) dentro de 1 milímetro. Gracias a su diseño compacto y de eficiencia energética, el chip también es compatible con las tecnologías fotónicas existentes como láseres, moduladores de luz y detectores. El equipo ya está trabajando en miniaturizar completamente el diseño de chips para permitir una integración perfecta en la próxima generación de comunicaciones y sistemas de alcance, como los utilizados en autos autónomos.
Amirhassan Shams-Ansari, co-primero autor de este trabajo y actualmente un ingeniero láser principal en DRS Daylight Solutions (anteriormente un investigador postdoctoral en la Universidad de Harvard), comentarios, “Film Lithium Niobate ha demostrado ser una plataforma poderosa para la integración de la fotonicidad, lo que permite una nueva generación de las aplicaciones y los dispositivos. Es realmente emocionante que es realmente emocionante a ver la tecnología que es realmente emocionante a la tecnología que es realmente emocionante a la tecnología a la que lo promueva la tecnología a la vez que la tecnología es realmente emocionante a la tecnología que es realmente emocionante a la tecnología que es realmente emocionante a la tecnología que es realmente emocionante a la tecnología que es realmente emocionante a la tecnología que es realmente emocionante a la tecnología que es realmente emocionante a la tecnología. Dominio THZ subexplorado “.
Benea-Chelmus dice: “Anticipamos que las pautas de diseño que proponemos se volverán cruciales en futuras aplicaciones de Terahercios, como las comunicaciones 6G de alta velocidad, donde la detección y el rango serán un componente esencial de la red de comunicación”.
Más información: Yazan Lampert et al, líneas de transmisión de Terahertz integradas en fotónica, Comunicaciones de la Naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-62267-y
Proporcionado por Ecole Polytechnique Federal de Lausanne
Cita: el chip híbrido permite la conversión bidireccional entre terahercio y señales ópticas para las comunicaciones ultrarrápidas (2025, 4 de agosto) Recuperado el 4 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-hybrid-chip-conaves-conversion-terahertz.html
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