Este artículo presenta un enfoque novedoso para mejorar la resolución y la sensibilidad en imágenes de terahercios mediante la modulación dinámica del perfil de índice de gradiente GRIN en un metamaterial con superred de moiré. La propuesta aprovecha retroalimentación en tiempo real de algoritmos de detección de bordes para ajustar dinámicamente el periodo de la rejilla, permitiendo un ajuste de resonancia adaptativo que incrementa la sección eficaz de dispersión y amplifica la señal. Frente a diseños estáticos, el sistema dinámico predice una mejora de hasta 2 veces en resolución, con aplicaciones en ensayos no destructivos y diagnóstico biomédico.

Concepto y fundamento físico: La región terahertz abarca aproximadamente 0.1 a 10 THz y ofrece penetración y contraste químico adecuados para detectar materiales y tejidos. La limitación habitual es el límite de difracción aproximadamente lambda/2. Las superredes de moiré, creadas por la interferencia de dos estructuras periódicas, permiten generar propiedades de medio efectivo con característica ajustable y con ello sortear el límite de difracción convencional. La novedad clave es la capacidad de modificar localmente el periodo de la rejilla mediante actuadores MEMS para crear un GRIN variable que adapte la respuesta en THz al objeto escaneado.

Modulación dinámica del GRIN: La estructura utiliza una representación efectiva del índice de refracción del tipo neff(x) = n0 + dn cos[k(x - x0)]. El control dinámico del número de onda k con actuadores MEMS ubicados bajo la superred permite esculpir la respuesta espectral en tiempo real. Un rango de ajuste pequeño pero preciso, del orden de +/-5 por ciento sobre el periodo, resulta suficiente para desplazar resonancias y maximizar contraste local sin penalizar la respuesta global.

Fabricación y diseño experimental: La superred de moiré se sugiere fabricar con litografía de haz de electrones y deposición de películas finas sobre un wafer SOI, incluyendo capas metálicas de Ti y Au para los elementos resonantes. Actuadores MEMS en polisilicio integrados por debajo de cada periodo proporcionan hasta 50 nm de desplazamiento físico para la sintonización local. El montaje experimental incluye un sistema de emisión y detección de pulsos THz con pulsos de ~100 fs a 1 kHz y detección con bolómetro para caracterizar la respuesta dinámica.

Control y algoritmos: Un lazo cerrado ejecuta detección de bordes tipo Canny sobre la señal transmitida para identificar contornos y evaluar nitidez. Un algoritmo de optimización basado en descenso por gradiente estocástico SGD ajusta iterativamente los actuadores MEMS minimizando una función de pérdida basada en la diferencia cuadrática entre la intensidad medida I(x,y) y una intensidad ideal Iideal(x,y). Esta combinación de sensores, análisis y actuadores constituye un sistema adaptativo que maximiza la sección de dispersión y el contraste de imagen.

Validación y simulaciones: Se realizaron simulaciones FDTD para comparar configuraciones dinámicas frente a estáticas, confirmando la ventaja de la superred moiré sintonizable. Los resultados muestran un aumento simulado de sensibilidad de 2 veces y en pruebas experimentales se observó una mejora media del 25 por ciento en contraste de imagen al utilizar la modulación dinámica del GRIN.

Aplicaciones prácticas y escalabilidad: A corto plazo es esencial optimizar la fiabilidad y velocidad de los actuadores MEMS. A medio plazo se prevé la integración con sistemas comerciales de imagen THz y el portado de algoritmos a hardware dedicado. A largo plazo el objetivo es la producción de módulos GRIN-tuneables para aplicaciones en control de calidad industrial, ensayos no destructivos y diagnóstico biomédico.

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Conclusión: La modulación dinámica del índice de gradiente en superredes de moiré representa un avance prometedor para superar límites tradicionales en imágenes THz. La combinación de diseño de metamateriales, actuadores MEMS, algoritmos de optimización y plataformas de software a medida abre la puerta a soluciones comerciales capaces de ofrecer mayor resolución, sensibilidad y adaptabilidad. Q2BSTUDIO puede acompañar su proyecto aportando experiencia en software a medida, inteligencia artificial, ciberseguridad, servicios cloud aws y azure, servicios inteligencia de negocio, ia para empresas, agentes IA y power bi para convertir la investigación en productos robustos y escalables.