Yeni Təbiət tədqiqatında Columbia Engineering tədqiqatçıları yalnız bir lazerdən istifadə edərək yüksək keyfiyyətli, ultra aşağı səs-küylü mikrodalğalı siqnallar istehsal edə bilən fotonik çip hazırladılar. Kompakt cihaz – o qədər kiçik bir çip, iti qələm ucuna sığdıra bilər – inteqrasiya olunmuş fotonik platformasında indiyə qədər müşahidə edilən ən aşağı mikrodalğalı səs-küylə nəticələnir.

Nailiyyət yüksək sürətli rabitə, atom saatları və avtonom nəqliyyat vasitələri kimi tətbiqlər üçün kiçik ölçüdə ultra aşağı səs-küylü mikrodalğalı soba istehsalına doğru perspektivli yol təqdim edir.

Problem

Qlobal naviqasiya, simsiz rabitə , radar və dəqiq vaxt təyini üçün elektron cihazlar saat və məlumat daşıyıcısı kimi xidmət etmək üçün sabit mikrodalğalı mənbələrə ehtiyac duyur. Bu cihazların performansını artırmaq üçün əsas cəhət mikrodalğada mövcud olan səs-küyün və ya fazada təsadüfi dalğalanmaların azaldılmasıdır.

David M. Rickey Tətbiqi Fizika və Material Elmləri professoru və elektrik mühəndisliyi professoru Alexander Gaeta, “Son on ildə optik tezlik bölgüsü kimi tanınan texnika bu günə qədər yaradılan ən aşağı səs-küylü mikrodalğalı siqnallarla nəticələndi” dedi. Kolumbiya Mühəndisliyi. “Adətən, belə bir sistem bütün komponentləri ehtiva etmək üçün çoxsaylı lazerlər və nisbətən böyük həcm tələb edir.”

Optik tezlik bölgüsü – yüksək tezlikli siqnalı daha aşağı tezlikə çevirmək üsulu – səs-küyün güclü şəkildə basdırıldığı mikrodalğaların yaradılması üçün son yenilikdir. Bununla belə, masa üstü səviyyəli böyük iz, bu cür sistemlərin daha yığcam mikrodalğalı mənbələr tələb edən və geniş şəkildə qəbul edilən miniatürləşdirilmiş algılama və kommunikasiya tətbiqləri üçün istifadə edilməsinin qarşısını alır.

“Biz yalnız bir lazerdən istifadə etməklə 1 mm ² kimi kiçik bir ərazidə tamamilə çip üzərində optik tezlik bölgüsü həyata keçirə bilən bir cihaz həyata keçirdik ” dedi Gaeta. “Biz ilk dəfə olaraq elektronikaya ehtiyac olmadan optik tezliklərin bölünməsi prosesini nümayiş etdiririk və bu, cihazın dizaynını xeyli sadələşdirir”.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=780081655&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&fwrn=4&lmt=1711991880&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-03-high-quality-microwave-generated-tiny.html%23google_vignette&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTAuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTIzLjAuNjMxMi44NiIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTIzLjAuNjMxMi44NiJdLFsiTm90OkEtQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyMy4wLjYzMTIuODYiXV0sMF0.&dt=1711991880079&bpp=1&bdt=151&idt=187&shv=r20240327&mjsv=m202403250101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D5d346f5e5cc96c83%3AT%3D1711816817%3ART%3D1711991854%3AS%3DALNI_MZdbuKX3JkLTYIASzwYTqXQsnfO5g&gpic=UID%3D00000d8601a1b778%3AT%3D1711816817%3ART%3D1711991854%3AS%3DALNI_MaQelh7liNnsBkMosJkThXBNbKuJw&eo_id_str=ID%3D3c61c6284063652a%3AT%3D1711816817%3ART%3D1711991854%3AS%3DAA-AfjZTZ5YTcMfFebI4RXZlGycf&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=436457372021&frm=20&pv=1&ga_vid=1802142616.1711809852&ga_sid=1711991880&ga_hid=949558398&ga_fc=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=900&u_w=1440&u_ah=860&u_aw=1440&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=347&ady=2149&biw=1423&bih=739&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759875%2C44759926%2C44759837%2C31082198%2C31082215%2C95322183%2C95321867%2C95328825%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&pvsid=4401152887847510&tmod=371568581&uas=0&nvt=2&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fweekly-news%2Fpage2.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1440%2C0%2C1440%2C860%2C1440%2C739&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV80IiwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=192

yanaşma

Gaetanın qrupu kvant və qeyri-xətti fotonika və ya lazer işığının maddə ilə necə qarşılıqlı əlaqəsi üzrə ixtisaslaşmışdır. Fokus sahələrinə qeyri-xətti nanofotonika, tezlik-daraq generasiyası, intensiv ultrasürətli nəbz qarşılıqlı təsirləri və işığın kvant hallarının yaradılması və işlənməsi daxildir.

Cari tədqiqatda onun qrupu inteqrasiya edilmiş çip platformasında indiyə qədər əldə edilmiş ən aşağı tezlikli səs-küylə 16 GHz mikrodalğalı siqnal yaradan çip üzərində, tam optik cihaz dizayn edib hazırladı. Cihaz fotonik olaraq birləşmiş silikon nitriddən hazırlanmış iki mikrorezonatordan istifadə edir.

Tək tezlikli lazer hər iki mikrorezonatoru vurur. Biri, giriş dalğasını iki çıxış dalğasına çevirən optik parametrik osilator yaratmaq üçün istifadə olunur – biri daha yüksək, digəri daha aşağı tezlik. İki yeni tezlikin tezlik intervalı terahertz rejimində olmaq üçün tənzimlənir. Osilatorun kvant korrelyasiyasının nəticəsi olaraq, bu tezlik fərqinin səsi giriş lazer dalğasının səs-küyündən minlərlə dəfə az ola bilər.

İkinci mikrorezonator , mikrodalğalı intervalla optik tezlik darağını yaratmaq üçün tənzimlənir . Osilatordan gələn az miqdarda işıq daha sonra daraq generatoruna birləşdirilir və mikrodalğalı soba tezliyinin terahertz osilatoruna sinxronizasiyasına gətirib çıxarır ki, bu da avtomatik olaraq optik tezlik bölgüsü ilə nəticələnir.

Potensial təsir

Gaeta qrupunun işi kiçik, möhkəm və yüksək portativ paket daxilində optik tezlik bölgüsünü yerinə yetirmək üçün sadə, effektiv yanaşmanı təmsil edir. Tapıntılar dəqiq ölçmələri həyata keçirən laboratoriyalarda istehsal olunanlarla müqayisə edilə bilən sabit, təmiz mikrodalğalı siqnallar yarada bilən çip miqyaslı cihazlar üçün qapı açır.

“Nəhayət, bu tip tam optik tezlik bölgüsü gələcək telekommunikasiya cihazlarının yeni dizaynlarına gətirib çıxaracaq” dedi. “Bu, həmçinin avtonom nəqliyyat vasitələri üçün istifadə edilən mikrodalğalı radarların dəqiqliyini artıra bilər.”

Qaeta, aspirant olan və hazırda Gaeta Laboratoriyasında post-doktor olan Yun Zhao və tədqiqatçı alim Yoşitomo Okavaçi ilə birlikdə layihənin əsas ideyasını düşünmüşdür. Daha sonra Zhao və post-doc Jae Jang cihazları dizayn etdilər və təcrübə həyata keçirdilər.

Layihə Kolumbiya Mühəndisliyi professoru Michal Lipson və onun qrupu ilə sıx əməkdaşlıqda həyata keçirilib. Lipson qrupundan Karl MakNulti fotonik çipi həm Kolumbiya, həm də Kornell Universitetində hazırladı. Kolumbiya Universitetinin İnformasiya Texnologiyaları (CUIT) tərəfindən təqdim edilən TheTerremoto Shared High-Performance Computing Cluster, optik parametrik osilatorların səs-küy xüsusiyyətlərini modelləşdirmək üçün istifadə edilmişdir.

Daha çox məlumat: Yun Zhao və digərləri, Tək lazerdən istifadə edərək çipdə bütün optik tezlik bölgüsü, Təbiət (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07136-2

Kolumbiya Universiteti Mühəndislik və Tətbiqi Elmlər Məktəbi tərəfindən təmin edilmişdir