Detection of zeptojoule terahertz pulses for 6G technologies
November 26 @ 1:00 pm - 2:00 pm
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Abstract:
We review efforts made at the Ultrafast Terahertz Lab at the University of Ottawa under the supervision of Prof. Jean-Michel Ménard and Dr. Angela Gamouras (NRC) towards demonstrating a high-sensitivity room-temperature detection scheme for terahertz (THz) radiation. This approach is based on nonlinear optical frequency conversion of THz to near-infrared (NIR) frequency. The upconverted NIR photons are spectrally resolved using a monochromator and detected using a commercial single-photon detector sensitive in the NIR. We detect THz pulses with energies as low as 1.4 zJ (10-21 J) which corresponds to 1.5 photons per pulse at a frequency of 2 THz when averaged over only 50,000 pulses. The development of such high-sensitivity detection schemes will pave the way towards room-temperature THz single-photon detection, THz quantum technologies and wireless communications. We explore the THz band as a possible solution to meet the ever-growing demand of high data transfer rates for sixth and next generation (6G) wireless communications. At these frequencies, one of the disadvantages is strong absorption due to water vapour. However, we have identified seven bands with high spectral transmission between 1 THz and 3 THz under normal atmospheric conditions. We classify these bands into three categories based on the THz propagation distance for different applications: 1. Short, 2. Mid and 3. Long-range <a href="http://communications.
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Détection d’impulsions térahertz zeptojoules pour les technologies 6G.
Résumé :
Nous passons en revue les efforts déployés au laboratoire Ultrafast Terahertz de l’Université d’Ottawa sous la supervision du professeur Jean-Michel Ménard et de la Dre Angela Gamouras (CNRC) pour démontrer un système de détection à haute sensibilité à température ambiante pour le térahertz (THz). Cette approche est basée sur la conversion de fréquence optique non linéaire du THz en fréquence proche infrarouge (NIR). Les photons NIR convertis sont résolus spectralement à l’aide d’un monochromateur et détectés à l’aide d’un détecteur commercial à photon unique sensible dans le NIR. Nous détectons des impulsions THz avec des énergies aussi faibles que 1,4zJ (10-21 J), ce qui correspond à 1,5 photons par impulsion à une fréquence de 2 THz en moyenne sur seulement 50 000 impulsions. Le développement de tels systèmes de détection à haute sensibilité ouvrira la voie à la détection de photons uniques THz à température ambiante, aux technologies quantiques THz et aux communications sans fil. Nous explorons la bande THz comme solution possible pour répondre à la demande toujours croissante de débits de transfert de données élevés pour les communications sans fil de sixième et prochaine génération (6G). A ces fréquences, un des inconvénients est la forte absorption due à la vapeur d’eau. Cependant, nous avons identifié sept bandes à transmission spectrale élevée entre 1 THz et 3 THz dans des conditions atmosphériques normales. Nous classons ces bandes en trois catégories en fonction de la distance de propagation THz pour différentes applications : 1. Communications courtes, 2. Moyennes et 3. Communications longue portée.
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Eeswar Kumar Yalavarthi Aswin Vishnu Radhan
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