System architectures for future terahertz imaging
- Reference number
- SAB19-0031
- Project leader
- Stake, Jan
- Start and end dates
- 200101-231230
- Amount granted
- 492 351 SEK
- Administrative organization
- Chalmers University of Technology
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
The main objective of the six-month research stay at TU Delft is to connect my current activities on terahertz electronics to frontier research on antenna systems for future heterodyne terahertz receiver arrays, as well as learn about the technology program at SRON Netherlands Institute for Space Research. The latter is closely connected with the terahertz sensing group at TU Delft, led by professors Nuria Llombart and Andrea Neto. Today, applications utilizing the terahertz part of electromagnetic spectrum (0.3 – 10 THz) are mainly limited to single pixel systems due to technical challenges and complexity. However, there is a need for higher sensitivity, resolution, and data acquisition speed in many applications from radar sensors to atmosphere and space sciences, which will require many pixels per frequency channel. For instance, an effort towards a new generation of heterodyne THz receiver instruments based on mixer arrays with up to hundred times more pixels per frequency channel is currently discussed. Moreover, future wireless data links at millimeter wavelengths (> 100 GHz) will require advanced beam forming and co-design of electronics and antenna optics. Hence, I foresee a great opportunity for a significant shift towards terahertz instrumentation and antenna systems (TU Delft), and connect this to state-of-the-art terahertz electronics at Chalmers.
Popular science description
Visionen för detta forskningsprojekt är att använda avancerade antennsystem och optik för att skapa bildalstrande system för elektromagnetiska vågor i submillimetervågsområdet, en del av terahertzområdet mellan 300 GHz och 10 THz. Terahertzområdet har under senare tid fått stor uppmärksamhet eftersom det öppnar möjligheter för en mängd olika intressanta sensorer. En fördel med att arbeta i THz-området är strålningens förmåga att tränga in i material som inte är elektriskt ledande och därmed avbilda innehållet i olika förpackningar och inkapslingar. Dessa fördelar gör THz-strålningen unik och mycket intressant för process- och säkerhetsövervakning, samt inom sjukvården för att identifiera hudcancer exempelvis. Terahertz-strålning kan också användas för att identifiera olika kemiska sammansättningar genom så kallade THz-fingeravtryck. Det säregna samspelet mellan molekylvibrationer och terahertzvågor har sedan länge studerats av radioastronomer och atmosfärsforskare, men sensorer har saknats för bredare tillämpningar. Traditionellt har terahertzforskningen bedrivits inom sina respektive skilda skrån, men i det här projektet i form av en forskningsvistelse vid TU Delft samlas experter inom terahertzelektronik och antennsystem för att tillsammans arbeta tvärvetenskapligt kring det gemensamma målet att ta fram nya terahertzsystem som bygger på ett stort antal sensorer som samverkar för bättre upplösning och känslighet. Lyckas man förbättra dagens sensorer kommer det att öppna dörren för helt nya tillämpningar inom processindustri, miljöövervakning, sjukvård, och telekommunikation. Den stora utmaningen för projektet är att effektivt kombinera ett stort antal elektriska och optiska komponenter. För att uppnå målet så behövs unik kompetens i antennsystem och komponentfysik. Att behärska och kombinera dessa kompetenser är nycken för att skapa framtidens terahertzteknik "kamerasensor", vilket är syftet med en forskningsvistelse vid TU Delft/SRON och samarbetet med professor Nuria Llombart.