(Nanowerk Haberleri) Yeni bir Tabiat ders çalışma (“Tek bir lazer kullanılarak çip üzerinde tamamen optik frekans bölümü”), Columbia Mühendislik araştırmacıları, yalnızca tek bir lazer kullanarak yüksek kaliteli, ultra düşük gürültülü mikrodalga sinyalleri üretebilen bir fotonik çip geliştirdiler. Kompakt cihaz - keskin bir kalem ucuna sığabilecek kadar küçük bir çip - entegre bir fotonik platformda şimdiye kadar gözlemlenen en düşük mikrodalga gürültüsüne neden oluyor. Bu başarı, yüksek hızlı iletişim, atom saatleri ve otonom araçlar gibi uygulamalar için küçük ayak izli, ultra düşük gürültülü mikrodalga üretimine doğru umut verici bir yol sağlıyor.
Gaeta laboratuvarı tarafından tamamen optik optik frekans bölümü veya yüksek frekanslı bir sinyali daha düşük bir frekansa dönüştürme yöntemi olan OFD için geliştirilen fotonik entegre çipin üst düzey şeması. (Resim: Yun Zhao, Columbia Mühendisliği)
Meydan okuma
Küresel navigasyon, kablosuz iletişim, radar ve hassas zamanlama için kullanılan elektronik cihazlar, saat ve bilgi taşıyıcı olarak hizmet verecek kararlı mikrodalga kaynaklarına ihtiyaç duyar. Bu cihazların performansını arttırmanın önemli bir yönü, mikrodalgada mevcut olan gürültüyü veya fazdaki rastgele dalgalanmaları azaltmaktır. David M. Rickey Uygulamalı Fizik ve Malzeme Bilimi Profesörü ve elektrik mühendisliği profesörü Alexander Gaeta, "Geçtiğimiz on yılda, optik frekans bölünmesi olarak bilinen bir teknik, bugüne kadar üretilen en düşük gürültülü mikrodalga sinyalleriyle sonuçlandı" dedi. columbia mühendislik. "Genellikle böyle bir sistem birden fazla lazere ve tüm bileşenleri içerecek şekilde nispeten büyük bir hacme ihtiyaç duyar." Yüksek frekanslı bir sinyali daha düşük bir frekansa dönüştürme yöntemi olan optik frekans bölümü, gürültünün güçlü bir şekilde bastırıldığı mikrodalgaların üretilmesine yönelik yeni bir yeniliktir. Bununla birlikte, masa üstü seviyesindeki büyük ayak izi, bu tür sistemlerin, daha kompakt mikrodalga kaynakları gerektiren ve geniş çapta benimsenen minyatürleştirilmiş algılama ve iletişim uygulamaları için kullanılmasını engeller. Gaeta, "Sadece tek bir lazer kullanarak 1 mm2 kadar küçük bir alanda tamamen çip üzerinde optik frekans bölme işlemi yapabilen bir cihazı hayata geçirdik" dedi. "İlk kez elektroniklere ihtiyaç duymadan optik frekans bölme işlemini gösteriyoruz, bu da cihaz tasarımını büyük ölçüde basitleştiriyor."
Yaklaşım
Gaeta'nın grubu kuantum ve doğrusal olmayan fotonik veya lazer ışığının maddeyle nasıl etkileşime girdiği konusunda uzmanlaşmıştır. Odak alanları doğrusal olmayanları içerir nanofotonikfrekans tarağı üretimi, yoğun ultra hızlı darbe etkileşimleri ve ışığın kuantum durumlarının üretimi ve işlenmesi. Mevcut çalışmada, grubu, entegre bir çip platformunda şimdiye kadar elde edilen en düşük frekanslı gürültüye sahip 16 GHz mikrodalga sinyali üreten, çip üzerinde, tamamen optik bir cihaz tasarladı ve üretti. Cihaz, fotonik olarak birbirine bağlanan silikon nitrürden yapılmış iki mikrorezonatör kullanıyor. Tek frekanslı bir lazer her iki mikrorezonatörü de pompalar. Bunlardan biri, giriş dalgasını biri daha yüksek, diğeri daha düşük frekansta olmak üzere iki çıkış dalgasına dönüştüren bir optik parametrik osilatör oluşturmak için kullanılır. İki yeni frekansın frekans aralığı terahertz rejiminde olacak şekilde ayarlandı. Osilatörün kuantum korelasyonları sonucunda bu frekans farkının gürültüsü, giriş lazer dalgasının gürültüsünden binlerce kat daha az olabilir. İkinci mikrorezonatör, mikrodalga aralığına sahip bir optik frekans tarağı oluşturacak şekilde ayarlanmıştır. Osilatörden gelen küçük bir miktar ışık daha sonra tarak jeneratörüne bağlanarak mikrodalga tarak frekansının terahertz osilatörüyle senkronizasyonuna yol açar ve bu da otomatik olarak optik frekans bölünmesiyle sonuçlanır.Potansiyel etki
Gaeta'nın grubunun çalışması, küçük, sağlam ve son derece taşınabilir bir paket içerisinde optik frekans bölümünü gerçekleştirmek için basit ve etkili bir yaklaşımı temsil ediyor. Bulgular, hassas ölçümler yapan laboratuvarlarda üretilenlerle karşılaştırılabilecek kararlı, saf mikrodalga sinyalleri üretebilen çip ölçekli cihazların kapısını açıyor. "Sonunda, bu tür tamamen optik frekans bölümü, gelecekteki telekomünikasyon cihazlarının yeni tasarımlarına yol açacaktır" dedi. "Aynı zamanda otonom araçlar için kullanılan mikrodalga radarlarının hassasiyetini de artırabilir."takım
Gaeta, yüksek lisans öğrencisi ve şu anda Gaeta Laboratuvarı'nda doktora sonrası araştırmacı olan Yun Zhao ve araştırma bilimcisi Yoshitomo Okawachi ile birlikte projenin ana fikrini tasarladı. Daha sonra Zhao ve doktora sonrası araştırmacı Jae Jang, cihazları tasarladı ve deneyi gerçekleştirdi. Proje, Columbia Mühendislik profesörü Michal Lipson ve grubuyla yakın işbirliği içinde gerçekleştirildi. Lipson grubundan Karl McNulty, fotonik çipi hem Columbia hem de Cornell Üniversitesi'nde üretti. Columbia Üniversitesi Bilgi Teknolojisi (CUIT) tarafından sağlanan bir hizmet olan Terremoto Paylaşımlı Yüksek Performanslı Bilgi İşlem Kümesi, optik parametrik osilatörlerin gürültü özelliklerini modellemek için kullanıldı.- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64882.php
