การประมวลสัญญาณภายในท่อนำคลื่นแบบเส้นโลหะขนาน (Two-wire waveguide)
สำหรับ Journal Club ในสัปดาห์นี้เราจะคุยกันเรื่องการประมวลสัญญาณภายในท่อนำคลื่นแบบเส้นโลหะขนาน (Two-wire waveguide) ในปัจจุบันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความถี่เทระเฮิร์ท (THz range: 0.1-10 THz) ถูกนำมาใช้ในหลากหลายด้าน เช่น การสื่อสาร 6G, งานด้านเซนเซอร์ หรือ วงจรเชิงแสงขนาดเล็ก (Photonic integrated circuit) ท่อนำคลื่นในย่านความถี่ THz จึงมีความจำเป็นเป็นอย่างมาก เนื่องจากช่วงความถี่ THz ครอบคลุมอยู่ระหว่างช่วงความถี่ของ Infrared และ microwave ท่อนำคลื่อนในย่าน THz สามารถจำแนกได้เป็น 2 ประเภท คือ Dielectric Waveguide ซึ่งมีโครงสร้างและวัสดุที่ใช้คล้ายกับ waveguide ในย่าน Infrared และ Metallic Waveguide ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ใช้โดยในย่าน Microwave
เนื่องจากข้อได้เปรียบของ Metallic waveguide ในด้านของการดูดกลืน (Absorption) และการเกิดบิดเบี้ยว (dispersion) สัญญาณที่ต่ำ จึงทำให้ท่อนำแสงชนิดนี้ถูกนำมาใช้ในย่าน THz อย่างไรก็ตามเมื่อเปรียบเทียบระหว่าง single-wire waveguide (SWWG) และ two-wire waveguide (TWWG) ซึ่งเป็น Metallic waveguide ทั้งคู่ จะพบว่า TWWG จะดีกว่าในแง่ของการ coupling efficiency
ในการ guide สัญญาณ THz ในท่อนำคลื่นแบบ TWWG คลื่น THz จะถูกกักอยู่บริเวณช่องว่างตรงกลางระหว่างเส้นโลหะขนานทำให้ยากต่อการปรับปรุงหรือประมวลสัญญาณในท่อนำคลื่นชนิดนี้ จึงมีงานวิจัยต่าง ๆ ที่สนใจจะทำการประมวลผลสัญญาณในท่อนำคลื่นนี้ ซึ่งสามารถแบ่งได้ 3 ประเภท
1.Inserting standalone component into waveguide
โดยในกลุ่มนี้จะใส่อุปกรณ์ขนาดเล็ก ๆ ไว้ตรงกลางระหว่างเส้นโลหะขนาน เช่น การใส่ paper grating เพื่อทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงดัชนีหักเหตรงกลางเพื่อการ guide แสงที่ดีขึ้น หรือการวาง GaAs เพื่อ generate THz ภายในท่อนำคลื่นซึ่งทำให้ได้ค่า coupling efficiency ที่สูง
2.Varying geometries of waveguide
เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงรูปทรงของ TWWG ทำให้สามารถปรับปรุงลักษณะของสัญญาณ THz ภายในท่อนำคลื่นได้ งานวิจัยในด้านนี้จึงได้ดัดแปลงรูปร่างลักษณะของท่อนำคลื่นแบบ TWWG ในแบบต่าง ๆ ซึ่งสามารถทำให้เกิดการ coupling ของสัญญาณคล้ายกับอุปกรณ์ coupler หรือการเลือกแนวการสั่นของสนามไฟฟ้าของ THz (Polarized direction) ของคลื่นใน waveguide ได้
3.Directly engineering the wire surface
ในกลุ่มสุดท้ายคือการสร้างโครงสร้างบนผิวของเส้นโลหะโดยตรง โดยโครงสร้างลักษณะนี้ทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Bragg resonance หรือ surface plasmon resonance ทำให้สามารถประยุกต์ใช้ TWWG ในการออกแบบ Linear polarization waveguide ได้ โดยการออกแบบโครงสร้างแบบต่าง ๆ บนท่อนำคลื่นแบบ TWWG ที่นำเสนอไปทำให้สามารถปรับปรุงและประมวลผลสัญญาณของ THz แบบต่าง ๆ และยังทำให้สามารถสร้างอุปกรณ์เพื่อใช้ในการประยุกต์คลื่น THz ในงานต่าง ๆในอนาคตได้อีกด้วย
References
- Ghazialsharif, M.; Dong, J.; Abbes, A.; Morandotti, R. Broadband Terahertz Metal-Wire Signal Processors: A Review. Photonics 2023, 10, 48. https://doi.org/10.3390/photonics10010048
