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Un grupo de físicos utiliza guías de onda para impulsar el potencial práctico de la espectroscopia de terahercios

La radiación de terahercios o THz tiene el potencial de posibilitar innovaciones transversales en medicina, biología, ciencia de los materiales y telecomunicaciones, pero su despliegue sigue estando obstaculizado por limitaciones prácticas y tecnológicas. El proyecto THEIA ha desarrollado un tipo específico de espectroscopia THz que puede operar dentro de guías de onda.
Un grupo de físicos utiliza guías de onda para impulsar el potencial práctico de la espectroscopia de terahercios
El futuro desarrollo de los sistemas compactos de espectroscopia THz ha dado un paso más allá gracias al proyecto THEIA financiado con fondos europeos. El equipo ha desarrollado un sistema que puede operar con ondas confinadas en guías de onda. La clave es la capacidad para generar y procesar ondas THz directamente dentro de la guía de onda, la cual se ha desarrollado en el marco del proyecto THEIA.

La radiación de terahercios, la cual se sitúa en el espectro electromagnético entre la radiación óptica y las microondas, cuenta con propiedades exclusivas. «Diversos materiales complejos cuentan con “huellas’’ espectrales únicas en el espectro del THz. Esto implica que la radiación THz se puede usar para reconocer compuestos muy complejos como polímeros, aminoácidos, proteínas, fármacos o explosivos», afirma el profesor Marco Peccianti, investigador principal del proyecto THEIA y profesor de fotónica en la Universidad de Sussex del Reino Unido.

La ropa, las fibras textiles y muchas formas de embalajes son transparentes para la radiación THz, por lo que puede aplicarse a fines de seguridad similares a los de los rayos X. Sin embargo, al contrario de lo que sucede con los rayos X, la radiación THz no es ionizante y resulta por lo general inocua para la salud humana.

Si bien hace tiempo que se conoce el potencial de las ondas THz, esta no se ha convertido en una opción realista para los científicos hasta el advenimiento de la tecnología láser avanzada, como los láseres ultrarrápidos, en la década de 1980. Durante los últimos treinta años, las ondas THz han desbloqueado nuevas formas de visualizar el mundo natural.

Colocación del THz dentro del conducto

THEIA ha investigado cómo integrar las guías de onda en los espectrómetros de THz. «Normalmente, se genera una onda THz cuando se combina en una guía de onda utilizando una lente u otro componente óptico. THEIA ha probado el enfoque alternativo de generar la onda THz dentro de la guía de onda y llevar a cabo muchas de las funciones de un espectrómetro normal directamente en su interior», afirma el profesor Peccianti. Esto no solo ofrece una señal THz cuando se necesita, sino que también sirve para eliminar muchos elementos voluminosos. «Esto podría permitir el uso de esta técnica de maneras que antes habrían sido imposibles», afirma.

THEIA ha desarrollado diversas estrategias de cara a la consecución de este objetivo, incluyendo un nuevo diseño, conocido como transmisor THz de dos cables, que consiste en una guía de onda de dos cables conectada a una antena fotoconductora de THz.

Dispositivos más pequeños y eficaces

La tecnología de terahercios está todavía dando sus primeros pasos en comparación con otros campos como la óptica o las microondas. Actualmente solo unas pocas empresas comercializan aplicaciones para su uso en la práctica, y sus soluciones tienden a ser muy voluminosas. El equipo del proyecto THEIA tiene como objetivo aumentar la eficiencia y permitir el uso de dispositivos más pequeños en el futuro.

«Lo que estamos intentando hacer es reducir los equipos requeridos para la espectroscopia de THz para su uso en distintos campos de la ingeniería o para aplicaciones médicas; en el futuro, podrías tener un bolígrafo que se colocase sobre la piel para diagnosticar una patología. O quizás podrás colocar una pequeña sonda en una pared para verificar su integridad», afirma el profesor Peccianti.

La financiación de THEIA también ha contribuido al establecimiento del Laboratorio de Fotónica Emergente que el profesor Peccianti fundó en colaboración con la científica Alessia Pasquazi a principios de 2015. «El laboratorio es una comunidad de unos quince investigadores que ya ha tenido un magnífico resultado. Antes de THEIA, la fotónica no existía en Sussex», afirma el profesor Peccianti. Ahora, su equipo intenta controlar la capacidad de los THz para identificar de forma precisa objetos complejos mediante la construcción de un microscopio de THz en el marco del proyecto financiado con fondos europeos TIMING, que actualmente se encuentra en curso.

Palabras clave

THEIA, terahercio, espectroscopia de terahercios, guía de onda
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