Новости перспективных технологий

Зачем регистрировать радиосигнал при помощи света?

Изображения с сайта compulenta.computerra.ru

Регистрация слабого магнитного сигнала — вездесущая проблема современного мира. От ЯМР-томографии до радиоастрономии и навигации со связью всё зависит от способности уловить исчезающе слабые сигналы, которые ещё несколько десятилетий назад считались в принципе не обнаруживаемыми. Проблема очень остра: скажем, многие виды управляемого оружия американской армии перед запуском должны пройти процедуру улавливания сигнала GPS на протяжении минут! Есть подозрения, что в войне с полноценным противником к концу этих минут запускать будет просто нечего и некому.

Схема оптоэлектромеханического устройства, обеспечившего устойчивый приём слабых сигналов без охлаждения приёмника (здесь и ниже иллюстрации Tolga Bagci et al.)

Толга Багси (Tolga Bagci) с коллегами из Копенгагенского университета (Дания) продемонстрировали устройство, способное обнаружить сверхслабый радиосигнал совершенно необычным образом. Для этого радиосигналы конвертируются в световые волны, затем передаваемые и анализируемые с применением стандартных оптических инструментов.

Устройство состоит из тонкой мембраны на основе нитрида кремния, покрытой слоем алюминия, который играет роль зеркала. Наномембрана подвешена на электроде, образуя тем самым конденсатор; он при этом является частью обычной индуктивно-ёмкостной цепи, принимающей радиоволны на определённой (резонансной) частоте. Когда сигнал такой частоты улавливается цепью, наномембрана начинает вибрировать. В это время за ней следит лазер, чей отражённый свет при вибрации получает оптический сдвиг по фазе, который легко измерить, используя привычную оптическую технику. Тем самым эта сравнительно простая связка может конвертировать даже весьма слабый радиосигнал в серию сигналов оптических.

В чём преимущества перед обычными радиоприёмниками? Сегодня методы приёма отточены настолько, что, когда вы принимаете слабый сигнал, даже шум, неизбежно генерируемый теплом, может «утопить» в себе что угодно. В принципе, приёмник можно начать охлаждать — и т. д., и т. п., вперёд к криогенным вершинам. Но это дорого и непрактично, поскольку такое оборудование будет весьма громоздким. А вот когда вы посредством процесса, чувствительного лишь к резонансной частоте, превратили радиоволны в оптические сигналы, эффект теплового шума пренебрежимо мал — и таким же становится шум, обычно не дающий эффективно принять сигнал.

Но перейдём к цифрам. При комнатной температуре в узком диапазоне частот близ 1 МГц новое устройство показало чувствительность в −210 дБм/Гц (опорным уровнем является 1 мВт для импеданса в 50 Ом). Учитывая, что прибор пока лишь демонстрирует собственно возможности технологии, можно быть уверенным, что такой уровень чувствительности для него не пределен.

Очевидно, этот принцип может найти применение там, где уже сегодня для снижения влияния шума используют охлаждение, — скажем, в аппаратах ЯМР-томографии, где новый подход может резко уронить стоимость при сохранении прежних параметров чувствительности. Кроме того, охлаждаемые устройства широко распространены в радиоастрономии. «Обычно требующие криогенного охлаждения предусилители могут быть заменены нашим преобразователем», — полагают авторы работы.

Позволим себе пофантазировать: а что если такие преобразователи наконец-то доберутся и до мобильных телефонов, качество связи которых в последние годы ощутимо снижается, или даже до навигаторов, у которых чувствительность и вовсе никогда не была высокой?..

С препринтом представленного исследования можно ознакомиться здесь.

Информация с сайта compulenta.computerra.ru по материалам Technology Review.

Автор оригинального текста: Александр Березин.