一款緊湊型芯片可將光無縫轉(zhuǎn)換為微波

來自美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所、國(guó)家航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、加州理工學(xué)院等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家，在最新一期《自然》雜志上發(fā)表論文稱，他們研制出了一款緊湊型芯片，可將光無縫轉(zhuǎn)換為微波。該芯片有望提高依賴高精度定時(shí)和通信技術(shù)的系統(tǒng)的性能，這些系統(tǒng)包括全球定位系統(tǒng)、電話和互聯(lián)網(wǎng)連接、雷達(dá)、傳感系統(tǒng)等。新研究也將徹底改變?nèi)祟悓?duì)光和微波的利用方式。

研究團(tuán)隊(duì)指出，他們的技術(shù)減少了定時(shí)抖動(dòng)，即微波信號(hào)定時(shí)的微小隨機(jī)變化，能使信號(hào)更穩(wěn)定和精確，從而可提高雷達(dá)的靈敏度、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度，以及望遠(yuǎn)鏡組拍攝的天文圖像的清晰度等。

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研究人員測(cè)試了能將光轉(zhuǎn)換為微波信號(hào)的芯片。該芯片看起來像兩張小小的唱片，其左側(cè)的金色盒子是向芯片發(fā)射激光的半導(dǎo)體激光器。

研究人員指出，以往技術(shù)需要幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室和許多具有博士學(xué)位的人，才能將光無縫轉(zhuǎn)化為微波信號(hào)。此項(xiàng)研究的獨(dú)特之處在于，整個(gè)系統(tǒng)非常緊湊。他們首次將曾經(jīng)是桌面大小的系統(tǒng)縮小為一塊緊湊的芯片，與數(shù)碼相機(jī)存儲(chǔ)卡的大小相當(dāng)。在小范圍內(nèi)減少定時(shí)抖動(dòng)可減少功耗，并使其能更容易集成到小型設(shè)備內(nèi)，適用范圍更廣。

為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，研究人員使用了一種半導(dǎo)體激光器。他們將激光發(fā)出的光引導(dǎo)到一個(gè)參考腔內(nèi)。這個(gè)空腔就像一個(gè)微型房間，光線在這里反射。一些光的頻率與空腔的大小匹配，使光的波峰和波谷完美地位于腔壁之間。這使這些頻率的光的功率不斷累積，以保持激光器的頻率穩(wěn)定。然后，研究團(tuán)隊(duì)使用頻率梳將穩(wěn)定的光轉(zhuǎn)換為微波。這些精確的微波提供了準(zhǔn)確的定時(shí)和同步，對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)和雷達(dá)等技術(shù)至關(guān)重要。

研究人員表示，這項(xiàng)技術(shù)有望在多個(gè)領(lǐng)域“大顯身手”。例如，天文學(xué)家在對(duì)黑洞等遙遠(yuǎn)天體進(jìn)行成像時(shí)，需要非常低噪聲的信號(hào)和時(shí)鐘同步，最新系統(tǒng)有望助力實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。