在最新一期的《自然》雜志中,來自美國國家標準與技術研究所、國家航空航天局噴氣推進實驗室、加州理工學院等機構的科學家們介紹了一種創(chuàng)新性的緊湊型芯片。這款芯片能夠將光直接轉換為微波,為依賴高精度定時和通信技術的系統(tǒng)帶來了性能上的提升。這些系統(tǒng)包括全球定位系統(tǒng)、電話和互聯(lián)網連接、雷達、以及傳感系統(tǒng)等。這一突破性的研究將極大地改變人類對光和微波的應用方式。
研究人員測試了這款能夠實現(xiàn)光到微波信號轉換的芯片。它的外觀酷似兩張迷你唱片,而其左側的一個金色盒子則是用于向芯片發(fā)射激光的半導體激光器。 研究團隊強調,他們的技術有效地減少了微波信號定時的抖動,即微小的隨機變化,從而提高了信號的穩(wěn)定性和精確性。這不僅能夠增強雷達的靈敏度,提高模數(shù)轉換器的精確度,還能讓望遠鏡組拍攝的天文圖像更加清晰。 他們指出,以往實現(xiàn)光到微波的轉換需要復雜的實驗室設備和支持,并且需要眾多擁有博士學位的專業(yè)人士。而這項研究的獨到之處在于,研究人員成功地將原本占據(jù)桌面大小的系統(tǒng)集成到了一個與數(shù)碼相機存儲卡大小相仿的緊湊型芯片中。這種小型化不僅降低了功耗,還使得集成到小型設備變得更為便捷,應用范圍也因此得到了拓展。 為了實現(xiàn)這一目標,研究人員采用了一種半導體激光器,并將其發(fā)出的光線引導到一個參考腔內。這個參考腔就像一個微型的空腔,光線在其中反射。某些光頻率與腔體大小相匹配,使得光的波峰和波谷能夠完美地位于腔壁之間。這樣的共振效應使得這些特定頻率的光功率得到累積,從而保持了激光器頻率的穩(wěn)定性。隨后,研究團隊利用頻率梳技術將穩(wěn)定的光轉換成微波。這些精確的微波提供了精準的定時和同步功能,對于導航系統(tǒng)、通信網絡和雷達等技術至關重要。 研究人員表示,這項技術在多個領域都有著巨大的應用潛力。例如,在天文學領域,當研究遙遠天體如黑洞時,需要極其低噪聲的信號和時鐘同步,而他們開發(fā)的最新系統(tǒng)正好能夠滿足這一需求。這項技術的成功,不僅展示了科學家們對光和微波應用方式的深刻理解,也為未來的通信和導航技術提供了新的可能性。
