DARPA太赫兹放大器列入吉尼斯世界纪录

    美国国防部先进研究计划署(DARPA)的“太赫兹电子技术”(Terahertz Electronics)计划及其承商Northrop Grumman公司最近获得“吉尼斯世界纪录”(Guinness World Records)认证：突破以往的速度限制，开发出全世界第一个太赫兹(THz)放大器。“获奖的最高频率放大器每秒约可实现1兆次作业，这是由Northrop Grumman制造以及由NASA赞助，”吉尼斯世界纪录评判员Philip Robertson表示。

    DARPA委托Northrop Grumman制造出全世界第一台太赫兹功率放大器。该放大器可望为次毫米波频谱开启更多的新研究领域与创新应用。

    吉尼斯世界纪录已经正式将Northrop Grumman为DARPA太赫兹电子技术计划开发的太赫兹单晶片积体电路(TMIC)列入最快速的固态放大器世界纪录了。这款10级的共源类比放大器能以1 012 GHz(即1.012 THz)的速度作业，比2012年时开发的现有世界纪录——850 GHz的放大器更快1 500次工作周期。

    DARPA总监Arati Prabhakar表示，“我们对于Northrop Grumman这项突破所开启的新机会及其所能实现的所有技术感到振奋。DARPA持续在许多领域为通讯技术组成播种，例如在手机方面，利用微波基地台在彼此间进行的所有通讯能力都可以追溯到DARPA。”

    Prahakar预测，许多目前想像不到的类似创新最终都将来自于太赫兹通讯能力。除了美国以外，这一频率范围目前未被使用，因此仍十分宽广，可望为DARPA的未来计划带来创新无限。

    DARPA/Northrop Grumman的合作是一项三阶段的五年计划，每一阶段的任务完成象征着面临更大的挑战。Northrop Grumman瞭解到的第一件事就是磷化铟电晶体对于实现高频系统至关重要。

    太赫兹频率范围介于RF和光的频率之间，通常定义在300 GHz~3 THz频率范围。随着频率增加，波长的尺寸以及电晶体的尺寸持续微缩。目前，机场的全身扫描仪即作业于毫米波频率范围。但是，DARPA计划分三个阶段探索次毫米波波长范围，第一阶段目标是670 GHz、第二阶段是850GHz以及最终目标即在于1.03 THz。

    “我们锁定这些频率是因为这些都是以大气为传输窗口，”DARPA太赫兹电子技术计划经理Dev Palmer表示，“我们有两条研究路线，一是基于真空电子，另一条则着重于磷化铟电晶体——透过结合这两项技术，就能取得打造在这些频率下作业的接收器与传输器所需的所有技术。”根据Palmer表示，从850 GHz-1.03 THz，反而成为最艰钜的挑战。

    “虽然只是增加了20%，但却提升超过了150 GHz——这相当于目前美国军队所用总频谱的四倍。但有时你必须看得更远，”Palmer强调，“Thz电晶体所能取得的最大增益是9dB，它已经达到打造实际应用的程度了。”

    事实上，太赫兹范围比RF范围更快500倍，或者可说比手机微波频率(2 GHz)更快500倍。在接下来的五年内，DARPA计划赞助另一项可使频率提高3倍达到3 THz的计划，以便涵盖整个范围。 “这意味着在未来十年内，我们将可涵盖至整个太赫兹频谱范围，”Palmer说。

    同时，DARPA还将赞助另一组研究团队，他们将会把作业于太赫兹范围内的通讯设备(传输机与接收机)整合在一起。Palmer还提出三种短期内的应用：可实现超高资料速率通讯，而无需复杂的调变机制；高解析度成像取代牙科用X光射线以及诊断皮肤灼伤；先进的光谱技术，可鉴定危险的化学物质以及具有强烈旋转共振的材料。太赫兹频率还可用于改善防撞雷达系统。

    目前世界上最快的磷化铟电晶体在材料层厚度、闸极长度以及其他的电晶体特性方面都已经极度微缩了，尺寸缩小到相当于一粒盐的大小。其晶圆厚度也已经薄到仅有18微米，相当于人类头发直径的一半，而其闸极长度也仅有25n m，因而都必须采用电子束(E-beam)微影技术实现。

    “上变频器和下变频器目前均已证实可在850GHz频率作业了，”Northrop Grumman Aerospace Systems太赫兹电子技术计划经理Bill Deal表示。

    更高的频率可望使通讯通道走出拥挤的RF范围以及实现极低功耗，但遗憾的是所能涵盖的距离仍短，不过，Northrup Grumman乐观表示很快地将可突破这一范围限制。