Принять электромагнитные волны так, чтобы не забить их тепловым шумом, до сих пор удавалось только тогда, когда вы почти избавлялись от тепла, а это, разумеется, дорого. Похоже, в этой области намечается оттепель, причём сразу до комнатных температур.
Устройство, созданное датскими и американскими учёными под руководством
Евгения Ползика из Института Нильса Бора Копенгагенского университета (Дания), умеет преобразовывать радиосигналы в механические колебания, модулирующие световые сигналы. Зачем это нужно и как это делается?
Сегодня, чтобы обнаружить предельно слабый радиосигнал на фоне шума, временами нужны нечеловеческие ухищрения, включая охлаждение приёмника, да и модулятор получаемых сигналов приходится охлаждать до температур ниже точки кипения азота. Между тем радиотелескопы, томографы и даже спутниковая связь без всего этого часто как без рук. То есть существующие методы выявления слабых сигналов являются ядром на ноге целого ряда отраслей.
Новое устройство по виду кажется простым; всё оно построено вокруг антенны, соединённой с конденсатором. Одна из двух пластин конденсатора является мембраной из нитрида кремния шириной 500 мкм и толщиной 200 нм, покрытой отражающим алюминиевым слоем.
Когда в конденсатор попадёт уловленная антенной радиоволна резонансной для него частоты, нано(микро?)мембрана меняет заряд конденсатора. Прикладывая к конденсатору ток, исследователи конвертировали такие флуктуации заряда в вибрации пластины. А поскольку на пластине сфокусирован лазер, колебании порождают в отражении его света сдвиг по фазе, который можно измерить с помощью стандартных для современной оптики процедур.
По сути, радиосигнал в устройстве конвертируется в оптический, обходя проблемы теплового шума. Эффект от тепла для механических колебаний крайне мал, в итоге даже этот, первый в своём роде прибор имеет чувствительность, сравнимую с лучшими детекторами, охлаждаемыми едва ли не до температур открытого космоса. Плюс к тому разработчики надеются вскоре поднять уровень чувствительности двадцатикратно, добившись полного паритета с охлаждаемыми приёмниками.
И тогда, помимо упрощения конструкции и удешевления эксплуатации узлов эффективных радиотелескопов и медицинских томографов, речь может пойти и об использовании таких систем, как элементы «квантового Интернета», — будущих сетей, объединяющих квантовые компьютеры.
Отчёт об исследовании опубликован в журнале
Nature.
Комментарии
1. Улавливается только сигнал определенной резонансной частоты. Что можно передавать с помощью такого сигнала? Азбуку Морзе? Любая другая модуляция приводит к сдвигу частоты, то есть к уходу от резонанса. По сути, система работает как очень узкополосный фильтр.
2. Куда денутся те же тепловые флуктуации положения зеркала?
3. Аналогично -- а флуктуации интенсивности лазера?
4. Аналогично -- а те же тепловые флуктуации в "стандартных для современной оптики процедурах"?
В общем, забавное устройство, но в целом сильно напоминает попытку чесать правое ухо левой рукой. Надо оригинальную статью смотреть, чтобы понять, в чем тут преимущества.
2. Тепловые флуктуации зеркала никуда не деваются, но при такой малой толщине изменение толщины много меньше амплитуды колебаний пластинки из-за заряда.
3. Интенсивность лазера не в счет - детектировать можно не интенсивность а угол отклонения (дифференциальным методом).
4. Не понял о чем речь. :(
2. Тепловые флуктуации будут и по толщине, и по углу, и по форме платины. Попросту говоря, тепловые флуктуации возбуждают собственные механические резонансы пластины, и по ней бегают акустические волны.
4. Аналогичные тепловые шумы и во всей оптической системе детектирования.
2. Естественно от флуктуаций никуда не денешься - главное какую долю они вносят в сигнал. В данном случае - минимальную.
4. При высокой прозрачности оптической системы, шумы в ней не образуются, а для изоляции от внешних, наружные слои светопровода делаются и переменным коэффициентом преломления.
Вы совершенно правы. При приеме сигнала радиодиапазона все именно так и есть.
Но речь идет об оптическом сигнале ИК, который, насколько я понял имеет космическое происхождение. Тут возможны варианты.
Я считаю, что светоносного эфира не существует. :)
--------------------------------------------------
Это бессмысленное выражение - прикладывают напряжение или пропускают ток. Разница во внутреннем импедансе источника - для идеального источника напряжения он равен нулю, для идеального источника тока - бесконечности, а для передачи максимальной мощности - импедансу приемника.
А вообще - здорово придумано. :)