Физики из Лафборо университета совместно с международными коллегами разработали фотонную систему, способную генерировать несколько стабильных миллиметровых сигналов из оптического микрогребня. Центральный элемент системы имеет размер примерно с рисовое зерно, а сама технология потенциально позволяет существенно повысить компактность генераторов высокочастотных сигналов.
Микрогребень представляет собой набор строго определённых оптических частот, расположенных подобно цветам радуги. Эти частоты находятся за пределами видимого диапазона, однако сохраняют высокую стабильность и точность. Специальная антенна преобразует их в миллиметровые электромагнитные волны.
Именно способность формировать сразу множество таких частот представляет особый интерес для телекоммуникаций. Каждая из них потенциально может использоваться как отдельный канал передачи данных, что позволяет увеличить суммарную пропускную способность системы. Миллиметровый диапазон рассматривается как один из кандидатов для будущих беспроводных сетей 6G.
Стабильная «радуга» на чипе
Главная сложность заключается не столько в генерации миллиметровых волн, сколько в обеспечении их высокой частотной стабильности. Исследователи решили эту проблему необычной архитектурой микрогребня.
В традиционных системах лазерный свет направляется в микрорезонатор, изготовленный непосредственно на чипе. В новой конструкции резонатор объединён с значительно большей петлёй оптического волокна. Свет многократно проходит через оба элемента, благодаря чему необходимые оптические состояния формируются, накапливаются и сохраняют стабильность.
По словам исследователей, такая конфигурация делает микрогребень устойчивым даже к внешним воздействиям. Эксперименты показали, что возникающий набор частот сохраняет свои характеристики при механических возмущениях системы.
Дополнительным преимуществом стала возможность независимо изменять интенсивность отдельных линий микрогребня. Это позволяет формировать различные комбинации частот в зависимости от конкретного применения.
Точность сохраняется после преобразования
Экспериментальная система продемонстрировала ещё одно важное свойство: высокая точность и стабильность оптического микрогребня сохранялись после преобразования его частот в миллиметровые волны.
Это расширяет область потенциального применения технологии. Помимо телекоммуникаций, генератор может использоваться в радиолокации, спектроскопии и астрономических инструментах, где требуется формирование большого числа точно контролируемых частот.
Особый интерес технология представляет для систем высокоточной синхронизации. Стабильные частотные сигналы могут использоваться для формирования точных временных шкал, необходимых в навигации, позиционировании и квантовых технологиях.
Исследователи совместно с Национальной физической лабораторией Великобритании уже сравнивают характеристики системы с эталонными атомными часами. Работа проводится в том числе в рамках британских исследований в области квантовых систем позиционирования, навигации и синхронизации.
От рисового зерна до спутников
Несмотря на миниатюрный размер ключевого фотонного компонента, современная экспериментальная установка пока занимает значительно больше места. Учёные рассчитывают уменьшить энергопотребление и габариты системы, в перспективе доведя её размеры примерно до объёма обувной коробки.
Одним из наиболее перспективных направлений считается использование технологии на спутниках. Для космических систем особенно важны масса, размеры и энергопотребление оборудования, поэтому компактный источник множества стабильных высокочастотных сигналов может оказаться востребованным в спутниковой связи, навигации и дистанционном зондировании.
До практического внедрения технологии ещё предстоит решить ряд инженерных задач. Однако работа показывает, что фотонные микрогребни способны не только генерировать высокоточные оптические сигналы, но и напрямую служить источником множества стабильных миллиметровых волн. Это делает их перспективной элементной базой для будущих телекоммуникационных и квантовых систем.
Источник: https://scitechdaily.com/this-grain-of-rice-sized-rainbow-chip-could-transform-6g-communications/Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
