Одной из ключевых функций псевдопараболоидов и псевдоповерхностей является возможность пространственно частотной селекции: за счёт градиентной, переменной кривизны внутри тела структура разбивает входной широкий спектр на пространственно разделённые субдиапазоны. Конкретные длины волн автоматически фокусируются или «захватываются» в определённых зонах кривизны – например, в одном из двух симметричных «горлышек» или в экваториальной расширенной части псевдопараболоида.

Физический принцип заключается в следующем: поскольку волновой фронт «адаптируется» к метрическим свойствам среды, разные частоты взаимодействуют с искривлённой геометрией по-разному. Например:

– волны с определённой длиной резонансно захватываются в переменных радиальных узлах, где образуются устойчивые стоячие моды;

– длинноволновые колебания могут втягиваться в горловину и замыкаться в центральной ловушке;

– высокочастотные (коротковолновые) компоненты попадают в зоны разомкнутого выхода и продолжают движение, минуя внутренние узлы.

Таким образом, даже в полностью пассивном, физически статичном устройстве реализуется режим фильтрации и спектрального разделения – без использования дифракционных решёток, призм, интерферометров или массивов резонаторных колец.

Особенности

Особенность таких структур заключается также в том, что псевдопараболоид может выполнять сразу несколько частотно-зависимых операций:

– быть резонатором. Если длина волны совпадает с геометрически заданной длиной замкнутой (или частично замкнутой) моды в пространстве кривизны;

– быть ловушкой. Если определённая частота не имеет выхода из объёма на уровне сечения;

– быть фильтром-пропускателем. Если волна проходит сквозь тело без формирования устойчивых отражений и задержек;

– быть спектральным маршрутизатором. Разные частоты или гармоники возбуждают разные зоны поверхности и выходят из разных углов.

На практике это открывает дорогу к созданию терагерцовых устройств нового класса:

– Спектрально-чувствительных коммутаторов. За счёт геометрической настройки формируется уникальное распределение направлений выхода для разных частот;

– Геометрических мультиплексоров и демультиплексоров. Поверхность автоматически распределяет компоненты сигнала в разные пространственные области;

– Резонаторов с программируемой добротностью. Гауссова кривизна позволяет управлять временем удержания энергии – это особенно важно для создания быстро откликающихся сенсоров;

– Печатных фильтров. Вся структура может быть реализована в виде плоской или слегка объёмной геометрии, напечатанной на подложке (диэлектрической или гибкой), без использования активных элементов.

По своей структуре такие фильтры можно интегрировать в стандартные линии передачи и чипы, занимая минимальный объём. Использование печатных или литографированных геометрий на основе псевдопараболических профилей позволяет изготавливать фильтры и резонаторы на одном слое материала, фактически как пару контура из чисто геометрических мотивов без дополнительной компоненты – только форма поверхности диктует спектральную логику.

Преимущества по сравнению с традиционными ТГц-решениями:

– Миниатюризация. Размеры соответствуют локальной кривизне, а не длине волны или размерам волновода;

– Отсутствие необходимости в металлических или сверхпроводящих контактах, что критично для надёжности в суровой среде;

– Низкие потери. За счёт отсутствия резких границ, неоднородностей, дифракционных ступеней;

– Высокая согласуемость с метаматериалами и метаповерхностями;

– Возможность программируемого фокусирования без фазовых структур.