科學(xué)家利用振動將無線電波轉(zhuǎn)換成光信號
來源：中國光電網(wǎng)
摘要： 哥本哈根大學(xué)、丹麥技術(shù)大學(xué)及馬里蘭大學(xué)的研究人員在Eugene Polzik領(lǐng)導(dǎo)下，制作出一種能直接將微弱無線電波轉(zhuǎn)換成光信號的器件，轉(zhuǎn)換后的信號可以采用標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)工具加以傳送及分析，而且所需的能量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換模塊。
Abstract：
Key words :
丹麥及美國物理學(xué)家最近制作出一個能探測超微弱無線電波的器件。該器件不需要昂貴的低溫設(shè)備，因此可以實際應(yīng)用于一些領(lǐng)域，例如無線電天文學(xué)及磁共振成像(MRI)，甚至可以成為未來量子因特網(wǎng)的基礎(chǔ)建構(gòu)單元。
對于衛(wèi)星導(dǎo)航、長距離通訊、無線電望遠(yuǎn)鏡及磁共振成像系統(tǒng)等許多現(xiàn)代科技而言，探測極微弱無線電波是核心技術(shù)。某些探測器是將微弱的無線電信號轉(zhuǎn)成光信號，以便利用光纖長距離傳輸，由于它們除了需要貴重的模塊來轉(zhuǎn)換信號，還得在保持低溫，因此既昂貴又不方便操作。
最近，哥本哈根大學(xué)、丹麥技術(shù)大學(xué)及馬里蘭大學(xué)的研究人員在Eugene Polzik領(lǐng)導(dǎo)下，制作出一種能直接將微弱無線電波轉(zhuǎn)換成光信號的器件，轉(zhuǎn)換后的信號可以采用標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)工具加以傳送及分析，而且所需的能量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換模塊。Polzik指出，該器件能在室溫下操作，而且表現(xiàn)媲美低溫下的最佳電子裝置。
該器件的核心是一支與電容相連的天線，電容的其中一個電極板是一片500 μm寬、200 nm厚、品質(zhì)極高的氮化硅膜，上面鍍了一層鋁反射層。當(dāng)此電容接收到與其共振頻率相同的無線電波時，氮化硅納米薄膜便開始振動，造成電容上電荷的波動。Polzik指出，只要在電容上施加偏壓，就能將這些電荷波動轉(zhuǎn)變成薄膜的機(jī)械振動，經(jīng)薄膜反射的激光便會產(chǎn)生相位差，可以利用標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)技術(shù)加以探測。
傳統(tǒng)無線電波接收器收到微弱的信號時，熱噪訊會造成信號失真，但當(dāng)無線電信號被轉(zhuǎn)成共振機(jī)械振動時，熱產(chǎn)生的隨機(jī)效應(yīng)可以被忽略，進(jìn)而使反射光提取的無線電信號帶有較少的噪訊。上述器件在室溫下對于頻率1 MHz的無線電波靈敏度為100 pV Hz–1/2，該團(tuán)隊預(yù)期還可以提升20倍，這將使其可與采用降溫技術(shù)的最佳裝置相匹敵。
此器件可能的應(yīng)用包含目前需要冷卻的前置放大器，例如高解析核磁共振及無線電波望遠(yuǎn)鏡。該團(tuán)隊下一步將運用微制造技術(shù)來縮小器件，以便能納入芯片并提高靈敏度。他們也計劃將操作頻率范圍由MHz波段擴(kuò)展至GHz波段，以便能與通訊及感測應(yīng)用接軌。詳見Nature 507, 81 (2014)。
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