211service.com
Fysikere registrerer radiobølger med lys
Detektering af svage radiosignaler er et allestedsnærværende problem i den moderne verden. Alt fra NMR-billeddannelse og radioastronomi til navigation og kommunikation afhænger af at opfange svage radiosignaler, som ville have været uopdagelige for blot et par årtier siden.
Det er grunden til, at mange grupper ræser for at finde bedre måder at se disse signaler på og behandle dem ved hjælp af avancerede teknikker.
I dag demonstrerer Tolga Bagci ved Københavns Universitet og en gruppe venner et apparat, der registrerer ultrasvage radiobølger på en helt ny måde. Deres nye boks med tricks konverterer radiobølger til lyssignaler, som derefter kan transmitteres og analyseres ved hjælp af standard optiske værktøjer. Vores arbejde introducerer en helt ny tilgang til helt optisk, ultralav støjdetektion af klassiske elektroniske signaler, siger de.
Den nye tilgang er principielt enkel. Deres enhed består af en tynd membran af siliciumnitrid belagt med et spejllignende lag af aluminium. Denne nanomembran er suspenderet over en elektrode, der danner en kondensator, som i sig selv er en del af et standard LC-kredsløb, der opfanger radiobølger ved dens resonansfrekvens.
Når dette sker, får resonanskredsløbet nanomembranen til at vibrere.
Tricket, som Bagci og co har trukket ud, er at kaste en laserstråle ud af nanomembranen, hvilket forårsager et optisk faseskift, som de derefter måler ved hjælp af standard optiske teknikker.
Resultatet er, at nanomembranen omdanner de svage radiobølger, den opfanger, til optiske signaler.
Denne tilgang har betydelige fordele i forhold til traditionelle radiomodtagere. Det store problem med de nuværende metoder til at detektere svage radiobølger er, at støj genereret af varme kan oversvømme signalet. Den eneste måde at omgå dette på er ved at afkøle detektionsudstyret, en proces, der markant øger kompleksiteten, størrelsen og omkostningerne ved jobbet.
Den store fordel ved at konvertere radiosignalerne til en resonans mekanisk vibration er, at den tilfældige effekt af varme bliver ubetydelig. Det er det smukke ved resonanssystemer. Så det reflekterede lys udvælger radiosignalet med lidt af den støj, der oversvømmer konventionelle radiomodtagere.
Tallene er imponerende. Den nye enhed har en rumtemperaturfølsomhed på 5 picoVolt pr. (Hz)^1/2 ved en frekvens på 1 Mhz. Med andre ord udfører den det samme arbejde ved stuetemperatur, som fysikere kun kunne drømme om at udføre ved temperaturen af flydende helium.
Og dette er kun et bevis på princippet. Det har potentialet til at blive endnu bedre med lidt optimering
Det vil sandsynligvis have en betydelig indvirkning på en række områder, der er afhængige af afkølede forstærkere til at opfange svage radiosignaler. For eksempel er kernemagnetisk resonansbilleddannelse afhængig af detektering af svage radiosignaler genereret af protoner, der præcesserer i et magnetfelt. Og radioastronomer er afhængige af afkølede forstærkere til at opfange de svageste radiosignaler i kosmos. De normalt nødvendige kryogenisk afkølede forforstærkere kan blive erstattet af vores transducer, siger Bagci og co.
Det burde forenkle denne form for arbejde betydeligt. Ser man længere frem, er der ingen grund til, at denne form for tilgang ikke har endnu bredere anvendelse, måske til almindelig mobiltelefonkommunikation og til navigation. Evnen til at registrere svagere signaler kan gøre disse enheder mindre og mindre strømkrævende.
Og hvem har ikke brug for mindre, mindre strømkrævende gear?
Ref: arxiv.org/abs/1307.3467 : Optisk detektion af radiobølger gennem en nanomekanisk transducer