211service.com
Fizycy wykrywają fale radiowe za pomocą światła
Wykrywanie słabych sygnałów radiowych to wszechobecny problem we współczesnym świecie. Wszystko, od obrazowania NMR i radioastronomii po nawigację i komunikację, zależy od wychwytywania słabych sygnałów radiowych, które byłyby niewykrywalne jeszcze kilkadziesiąt lat temu.
Dlatego wiele grup ściga się, aby znaleźć lepsze sposoby na wykrywanie tych sygnałów i przetwarzanie ich przy użyciu najnowocześniejszych technik.
Dziś Tolga Bagci z Uniwersytetu Kopenhaskiego w Danii wraz z grupą kumpli demonstruje urządzenie, które wykrywa ultrasłabe fale radiowe w zupełnie nowy sposób. Ich nowe pudełko sztuczek przekształca fale radiowe w sygnały świetlne, które następnie mogą być przesyłane i analizowane za pomocą standardowych narzędzi optycznych. Mówią, że nasza praca wprowadza całkowicie nowe podejście do całkowicie optycznego, ultraniskoszumowego wykrywania klasycznych sygnałów elektronicznych.
Nowe podejście jest w zasadzie proste. Ich urządzenie składa się z cienkiej membrany z azotku krzemu pokrytej lustrzaną warstwą aluminium. Ta nanomembrana jest zawieszona nad elektrodą tworzącą kondensator, który sam jest częścią standardowego obwodu LC, który odbiera fale radiowe o częstotliwości rezonansowej.
Kiedy tak się dzieje, obwód rezonansowy powoduje wibrację nanomembrany.
Sztuczka, którą wykonali Bagci i spółka, polega na odbiciu wiązki laserowej od nanomembrany, powodując optyczne przesunięcie fazowe, które następnie mierzą za pomocą standardowych technik optycznych.
W rezultacie nanomembrana przekształca słabe fale radiowe, które odbiera, w sygnały optyczne.
Takie podejście ma znaczną przewagę nad tradycyjnymi odbiornikami radiowymi. Dużym problemem związanym z obecnymi metodami wykrywania słabych fal radiowych jest to, że szum generowany przez ciepło może zagłuszać sygnał. Jedynym sposobem na obejście tego problemu jest chłodzenie sprzętu wykrywającego, proces, który znacznie zwiększa złożoność, rozmiar i koszt pracy.
Dużą zaletą konwersji sygnałów radiowych na rezonansowe wibracje mechaniczne jest to, że losowy wpływ ciepła staje się nieistotny. Na tym polega piękno systemów rezonansowych. Tak więc odbite światło odbiera sygnał radiowy z niewielką ilością szumu, który zalewa konwencjonalne odbiorniki radiowe.
Liczby robią wrażenie. Nowe urządzenie ma czułość na temperaturę pokojową 5 pikowoltów na (Hz)^1/2 przy częstotliwości 1 MHz. Innymi słowy, w temperaturze pokojowej wykonuje tę samą pracę, o której fizycy mogliby tylko pomarzyć w temperaturze ciekłego helu.
A to tylko dowód zasady działania. Ma potencjał, aby stać się jeszcze lepszym przy odrobinie optymalizacji
Prawdopodobnie będzie to miało znaczący wpływ w wielu obszarach, w których chłodzone wzmacniacze odbierają słabe sygnały radiowe. Na przykład obrazowanie metodą jądrowego rezonansu magnetycznego opiera się na wykrywaniu słabych sygnałów radiowych generowanych przez protony w polu magnetycznym. A radioastronomowie polegają na chłodzonych wzmacniaczach, aby wychwycić najsłabsze sygnały radiowe w kosmosie. Zwykle wymagane przedwzmacniacze chłodzone kriogenicznie można zastąpić naszym przetwornikiem, powiedzmy Bagci i spółka.
To powinno znacznie uprościć ten rodzaj pracy. Patrząc dalej w przyszłość, nie ma powodu, dla którego takie podejście mogłoby nie mieć jeszcze szerszego zastosowania, być może do zwykłej komunikacji w telefonii komórkowej i nawigacji. Zdolność do wykrywania słabszych sygnałów może sprawić, że te urządzenia będą mniejsze i mniej energochłonne.
A kto nie potrzebuje mniejszego, mniej energochłonnego sprzętu?
Nr ref.: arxiv.org/abs/1307.3467 : Optyczne wykrywanie fal radiowych za pomocą przetwornika nanomechanicznego