Оптический синтезатор – как сделать генератор цвета и частоты

Оптический синтезатор – как сделать генератор цвета и частоты

В ходе наступления на сокращение массивного архива измерительных технологий, ученые американского Национального института стандартов и технологий (NIST) вместе с партнёрами продемонстрировали первый уникальный синтезатор цвета и частот. Прибор уникален тем, что способен генерировать желаемые частоты или цвета с высокой точностью соответствия международным стандартам измерений.

Как делают электронику с оптическим уклоном

Инженеры в рамках эксперимента по созданию синтезатора оптической частоты, объединили частотные гребни перестраиваемого мини-лазера и электронику.

Достигнутая в результате передача сигналов позволяет программировать оптические частоты самой разной электроники.

Поддерживаются электронные устройства от простых настольных приборов до кремниевых микросхем. При этом сохраняется высокая точность и незначительная погрешность измерений.

Если в своё время радио и микроволновые чипы сделали революцию в электронике, теперь пришло время миниатюризации синтезаторов оптических частот.

Есть все предпосылки, чтобы сделать этот вид приборов переносимыми и пригодными для изготовления в промышленных масштабах. Появление миниатюрной оптики неизбежно приведёт к стимуляции таких областей, как:

  • хронометраж,
  • связь,
  • мониторинг и отслеживание,
  • астрономия.

Созданный прототип синтезатора описан в журнале «Nature». Частотные гребни — это технология, разработанная в NIST.

Технология имела решающее значение в создании последних экспериментальных атомных часов. За открытие этой технологии авторы получили Нобелевскую премию.

До сих пор никому не удавалось сделать оптический синтезатор частоты, используя небольшие чипы. Это первый удачный опыт. Можно сказать, технологический прорыв.

Также никто ранее не использовал гребенку частоты чипов для выполнения задач метрологии, полностью соответствующей международному стандарту.

Удачу посчастливилось поймать американским физикам NIST города Боулдер, штата Колорадо. Из пары гребенчатых чипов, выполненных в Калифорнийском технологическом институте и Центре нанотехнологий NAN, учёные Калифорнийского университета Санта-Барбары создали программируемый полупроводниковый лазерный чип.

Основы функционирования лазерной конструкции

Внутри полноразмерной настольной частотной гребенки, обычно собранной вручную из металлических и стеклянных компонентов, лазерный луч циркулирует по оптической полости.

Эта полость имеет набор специализированных зеркал, способствующих созданию ряда одинаково разнесенных линий. Этот ряд линий выглядит подобно расческе для волос, у которой каждый «зуб» выкрашен индивидуальным цветом.

Версия на основе чипов представляет эти полости в виде плоских круглых беговых дорожек, наложенных на кремний путём специальной автоматической методики. Процесс фактически аналогичен тому, когда происходит изготовление компьютерных чипов.

Новый оптический синтезатор использует только 250 милливатт (тысячные доли ватта) встроенной оптической мощности — гораздо меньше, чем классический полноразмерный частотный гребень.

Выход синтезатора является программируемым лазером, чьи световые колебания служат в качестве оптических тактовых импульсов с точностью до секунды (международный стандарт СИ).

Выходной лазер управляется двумя частотными гребенками, которые обеспечивают синхронизированные связи между СВЧ и оптическими частотами.

Каждый гребень создается лучом света отдельного одноцветного «подкачивающего» лазера. Согласно диаграмме NIST, луч лазера составляет 40 микрометров (миллионных долей метра) в диаметре.

Полученный гребень имеет широкий интервал между «зубами», охватывая октаву, подобно музыкальному интервалу между двумя нотами. Эти «ноты» наполовину или вдвое больше частоты каждой другой. Поддерживается функция калибровки.


На основе материалов: NIST


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *