211service.com
Fysiker upptäcker radiovågor med ljus
Upptäckten av svaga radiosignaler är ett allmänt förekommande problem i den moderna världen. Allt från NMR-avbildning och radioastronomi till navigering och kommunikation är beroende av att fånga upp svaga radiosignaler som skulle ha varit omöjliga att upptäcka för bara några decennier sedan.
Det är därför många grupper tävlar för att hitta bättre sätt att upptäcka dessa signaler och att bearbeta dem med hjälp av den senaste tekniken.
Idag demonstrerar Tolga Bagci vid Köpenhamns universitet i Danmark och en grupp kompisar en apparat som upptäcker ultrasvaga radiovågor på ett helt nytt sätt. Deras nya låda med trick omvandlar radiovågor till ljussignaler, som sedan kan sändas och analyseras med vanliga optiska verktyg. Vårt arbete introducerar ett helt nytt tillvägagångssätt för helt optisk, ultralågt brusdetektering av klassiska elektroniska signaler, säger de.
Det nya tillvägagångssättet är i princip enkelt. Deras enhet består av ett tunt membran av kiselnitrid belagt med ett spegelliknande lager av aluminium. Detta nanomembran är upphängt ovanför en elektrod som bildar en kondensator som själv är en del av en standard LC-krets som tar upp radiovågor med sin resonansfrekvens.
När detta händer får resonanskretsen nanomembranet att vibrera.
Knepet som Bagci och co har gjort är att studsa en laserstråle från nanomembranet vilket orsakar en optisk fasförskjutning som de sedan mäter med vanliga optiska tekniker.
Resultatet är att nanomembranet omvandlar de svaga radiovågorna det fångar upp till optiska signaler.
Detta tillvägagångssätt har betydande fördelar jämfört med traditionella radiomottagare. Det stora problemet med nuvarande metoder för att upptäcka svaga radiovågor är att brus som genereras av värme kan tränga in signalen. Det enda sättet att komma runt detta är genom att kyla detekteringsutrustningen, en process som avsevärt ökar komplexiteten, storleken och kostnaden för jobbet.
Den stora fördelen med att omvandla radiosignalerna till en resonant mekanisk vibration är att den slumpmässiga effekten av värme blir försumbar. Det är det fina med resonanta system. Så det reflekterade ljuset plockar ut radiosignalen med lite av bruset som tränger in konventionella radiomottagare.
Siffrorna är imponerande. Den nya enheten har en rumstemperaturkänslighet på 5 picoVolt per (Hz)^1/2 vid en frekvens på 1 Mhz. Med andra ord, den gör samma jobb vid rumstemperatur som fysiker bara kunde drömma om att göra vid temperaturen av flytande helium.
Och detta är bara ett bevis på principen. Den har potential att bli ännu bättre med lite optimering
Det kommer sannolikt att ha en betydande inverkan på ett antal områden som är beroende av kylda förstärkare för att fånga upp svaga radiosignaler. Till exempel bygger kärnmagnetisk resonansavbildning på detektering av svaga radiosignaler som genereras av protoner som precesserar i ett magnetfält. Och radioastronomer förlitar sig på kylda förstärkare för att fånga upp de svagaste radiosignalerna i kosmos. De vanligtvis erforderliga kryogeniskt kylda förförstärkarna kan ersättas av vår givare, säger Bagci och co.
Det borde avsevärt förenkla den här typen av arbete. Om man ser längre fram så finns det ingen anledning till varför den här typen av tillvägagångssätt inte skulle ha en ännu bredare tillämpning, kanske för vanlig mobiltelefonkommunikation och för navigering. Möjligheten att upptäcka svagare signaler kan göra dessa enheter mindre och mindre strömsugna.
Och vem behöver inte mindre, mindre kraftkrävande redskap?
Ref: arxiv.org/abs/1307.3467 : Optisk detektering av radiovågor genom en nanomekanisk givare