NIST araştırmacıları ışığı mikrodalga sinyallerine dönüştüren bir çipi test ediyor. Resimde iki küçük vinil plağa benzeyen floresan panel olan çip görülmektedir. Çipin solundaki altın kutu, çipe ışık yayan yarı iletken lazerdir.
Kompakt çipler iletişim, navigasyon ve çeşitli uygulamalar için hassas zamanlamayı geliştirir.
Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) ve işbirlikçileri zamanlama teknolojisinde küçük ama güçlü bir ilerleme sağladılar: ışığı kusursuz bir şekilde mikrodalgalara dönüştüren kompakt çipler. Bu çip geliştirilebilir Küresel Konumlama Sistemitelefon ve internet bağlantılarının kalitesi, kesinlik Radar ve algılama sistemleri ile yüksek hassasiyetli zamanlama ve iletişime dayanan diğer teknolojiler.
Bu teknoloji, mikrodalga sinyallerinin zamanlamasındaki küçük, rastgele değişiklikler olan, zamanlama titreşimi olarak bilinen bir şeyi azaltır. Bir müzisyenin müzikte sabit bir ritim tutturmaya çalışması gibi, bu sinyallerin zamanlaması da bazen biraz dalgalanabilir.
Araştırmacılar bu zamanlama dalgalanmalarını saniyenin çok küçük bir kesirine (tam olarak 15 femtosaniye) indirdiler; bu, geleneksel mikrodalga kaynaklarına göre büyük bir gelişme; sinyalleri, radar hassasiyetini, analog sinyallerin doğruluğunu artırabilecek şekillerde çok daha kararlı ve hassas hale getirdi. -dijital dönüştürücüler ve teleskop grupları tarafından çekilen astronomik görüntülerin netliği.
Mikrodalgalara Işık Tutmak
Bu gösterimi diğerlerinden ayıran şey, bu sinyalleri üreten bileşenlerin kompakt tasarımıdır. Araştırmacılar ilk kez bir zamanlar masaüstü boyutunda olan bir sistemi alıp büyük bir kısmını, dijital fotoğraf makinesi hafıza kartıyla hemen hemen aynı boyutta kompakt bir çipe dönüştürdüler. Zamanlama titreşiminin küçük ölçekte azaltılması, güç kullanımını azaltır ve günlük cihazlarda daha kullanışlı hale getirir.
Şu anda, araştırmacılar bunların etkinliğini test ederken, bu teknolojinin birçok bileşeni çipin dışında yer alıyor. Bu projenin nihai hedefi lazerler, modülatörler, dedektörler ve optik amplifikatörler gibi tüm farklı parçaları tek bir çip üzerinde entegre etmektir.
Ekip, tüm bileşenleri tek bir çip üzerine entegre ederek sistemin hem boyutunu hem de güç tüketimini azaltabildi. Bu, çok fazla enerji ve özel eğitim gerektirmeden küçük cihazlara kolayca dahil edilebileceği anlamına gelir.
NIST fizik bilimcisi Frank Quinlan, “Mevcut teknoloji, mikrodalga sinyallerinin gerçekleşmesi için birkaç laboratuvar ve birçok doktora gerektiriyor” dedi. “Bu araştırmanın ana konusu, bileşenlerin boyutunu küçülterek ve her şeyi daha erişilebilir hale getirerek optik sinyallerin avantajlarından nasıl yararlandığımızdır.”
Bunu başarmak için araştırmacılar, çok sabit bir el feneri görevi gören yarı iletken bir lazer kullanıyor. Lazerden gelen ışığı, referans boşluğu adı verilen, ışığın etrafta sıçradığı minyatür bir odaya benzeyen küçük bir ayna kutusuna yönlendiriyorlar. Bu boşluğun içinde, bazı ışık frekansları boşluğun boyutuyla eşleştirilir, böylece ışık dalgalarının tepeleri ve vadileri duvarların arasına mükemmel şekilde oturur.
Bu, ışığın, lazerin frekansını sabit tutmak için kullanılan frekanslarda güç oluşturmasına neden olur. Kararlı ışık daha sonra frekans tarağı adı verilen ve yüksek frekanslı ışığı düşük perdeli mikrodalga sinyallerine dönüştüren bir cihaz kullanılarak mikrodalgalara dönüştürülür. Bu hassas mikrodalgalar, doğru zamanlama ve senkronizasyon sağladıkları için navigasyon sistemleri, iletişim ağları ve radar gibi teknolojiler için çok önemlidir.
Quinlan, “Amaç, tüm bu parçaların tek bir platformda etkili bir şekilde birlikte çalışmasını sağlamak, bu da sinyal kaybını büyük ölçüde azaltacak ve ekstra teknoloji ihtiyacını ortadan kaldıracak” dedi. “Bu projenin birinci aşaması, tüm bu bireysel parçaların birlikte çalıştığını göstermekti. İkinci aşama ise bunları çip üzerinde bir araya getirmek.”
GPS gibi navigasyon sistemlerinde, konumun belirlenmesi için sinyallerin kesin zamanlaması çok önemlidir. Cep telefonu ve internet sistemleri gibi iletişim ağlarında, birden fazla sinyalin doğru zamanlaması ve senkronizasyonu, verinin doğru şekilde iletilmesini ve alınmasını sağlar.
Örneğin, meşgul hücre ağlarının birden fazla telefon çağrısını yönetebilmesi için sinyallerin senkronize edilmesi önemlidir. Sinyallerin zaman içinde bu hassas şekilde hizalanması, hücre ağının, cep telefonunuz gibi birden fazla cihazdan veri iletimini ve alımını organize etmesine ve yönetmesine olanak tanır. Bu, birden fazla telefon görüşmesinin önemli gecikmeler veya kesintiler yaşanmadan ağ üzerinden aynı anda gerçekleştirilebilmesini sağlar.
Uçaklar ve hava koşulları gibi nesneleri tespit etmek için kullanılan radarda, sinyallerin geri dönmesinin ne kadar sürdüğünü doğru bir şekilde ölçmek için hassas zamanlama çok önemlidir.
“Bu teknolojinin her türlü uygulaması var. Örneğin, kara delikler gibi uzak astronomik nesneleri görüntüleyen gökbilimcilerin gerçekten düşük gürültülü sinyallere ve saat senkronizasyonuna ihtiyacı var” dedi Quinlan. “Ve bu proje, bu düşük gürültülü sinyallerin laboratuvardan çıkarılmasına ve radar teknisyenlerinin, gökbilimcilerin, çevre bilimcilerin ve tüm bu farklı alanlardaki kişilerin eline geçmesine, onların hassasiyetini ve yeni şeyleri ölçme yeteneklerini artırmaya yardımcı oluyor.”
Ortak Bir Hedefe Doğru Birlikte Çalışmak
Bu tür teknolojik ilerlemeyi yaratmak tek başına yapılmaz. Colorado Boulder Üniversitesi’nden araştırmacılar, NASA Jet Tahrik Laboratuvarı, Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü, Kaliforniya Santa Barbara Üniversitesi, Virginia Üniversitesi ve Yale Üniversitesi şu ortak hedefe ulaşmak için bir araya geldi: pratik uygulamalar için ışığı ve mikrodalgaları kullanma şeklimizde devrim yaratmak.
“Araştırmamızı bir inşaat projesiyle karşılaştırmayı seviyorum. Çok sayıda hareketli parça var ve tesisatçı ile elektrikçinin projeye doğru zamanda gelmesi için herkesin koordineli olmasını sağlamanız gerekiyor,” dedi Quinlan. “İşlerin ilerlemesini sağlamak için hepimiz birlikte çok iyi çalışıyoruz.”
Quinlan, bu işbirlikçi çabanın, teknolojik ilerlemeyi yönlendirmede disiplinlerarası araştırmanın öneminin altını çizdiğini söyledi.
Referans: Igor Kudelin, William Groman, Qing-Xin Ji, Joel Guo, Megan L. Kelleher, Dahyeon Lee, Takuma Nakamura, Charles A. McLemore, Pedram Shirmohammadi, Samin Hanifi, “Fotonik çip tabanlı düşük gürültülü mikrodalga osilatörü”, Haotian Cheng, Naijun Jin, Lue Wu, Samuel Halladay, Yizhi Luo, Zhaowei Dai, Warren Jin, Junwu Bai, Yifan Liu, Wei Zhang, Chao Xiang, Lin Chang, Vladimir Iltchenko, Owen Miller, Andrey Matsko, Steven M. Bowers, Peter T. Rakich, Joe C. Campbell, John E. Bowers, Kerry J. Vahala, Franklyn Quinlan ve Scott A. Diddams, 6 Mart 2024.
0 Yorumlar