Чип, величиной с рисовое зерно, преобразует свет в набор четко определённых миллиметровых частот. Систему не удалось сбить даже прыжками разработчиков рядом.
Физики из Университета Лафборо (Loughborough University, Англия) и их международные коллеги продемонстрировали уникальный микрочип. Он создает целый спектр строго разделённых частот света и затем преобразует их в несколько высокочастотных сигналов миллиметрового диапазона. Эта технология может быть полезна для сетей 6G, радаров, спектроскопии и систем сверхточного времени. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Радуга, которую глаз не увидит
Основной объект разработки — микрогребенка (microcomb), создающая эффект «радуги-на-чипе» (Rainbow-on-a-chip). Хотя название может показаться научной фантастикой, принцип вполне физический: устройство формирует множество частот света, размещённых через строго заданные интервалы. Если обычную радугу представить как плавную растяжку цветов, то микрогребенка больше напоминает аккуратно расположенные зубцы расчески.
Сам чип миниатюрен — размером с зернышко риса. Внутри него размещён микрорезонатор, в котором циркулирует лазерный свет. Однако исследователи добавили к нему внешнюю оптическую петлю. Свет постоянно проходит через чип и петлю, что позволяет эффективно накапливать и сохранять необходимые состояния.
Стабильность стала одним из основных препятствий. Ранее микрогребенки использовались для получения отдельных точных миллиметровых частот, однако одновременная генерация множества каналов требовала особенно чистого и устойчивого сигнала. Теперь учёные продемонстрировали, что целый набор частот можно получить одновременно, сохраняя при этом точность при преобразовании в миллиметровые волны.
Это не лабораторный образец «руками не трогать»
У разработки есть эффектный стресс-тест. Исследователи целенаправленно проверяли, насколько система устойчива к внешним воздействиям. Рядом с установкой люди прыгали — и микрогребенка продолжала функционировать стабильно. Однако до карманного гаджета ещё далеко: вся экспериментальная система занимает место на лабораторном столе, хотя авторы надеются в будущем уменьшить её примерно до размера обувной коробки. Среди возможных применений они особенно выделяют спутники, где критически важны минимальные масса, размеры и энергопотребление.
Для 6G эта технология интересна прежде всего благодаря возможности получения сразу нескольких точно разделённых миллиметровых каналов. Миллиметровые волны привлекательны широким доступным диапазоном частот, предоставляя большое «пространство» для передачи данных. Но высокая точность и стабильность генерации здесь имеют критическое значение.
При этом учёные не сводят разработку лишь к мобильной связи. Управляя микрогребенкой, они могут делать отдельные частоты сильнее или слабее, создавая нужные комбинации сигналов. Это может быть полезно для радаров, спектроскопии и астрономических инструментов, где требуется не только множество сигналов, но и возможность точного их управления.
Ещё одно направление — точный отсчёт времени. Исследователи тестируют систему совместно с прецизионными часами и рассматривают её применение в навигации и определении местоположения. В дальнейшем компактные устройства на основе микрогребенки могут адаптировать возможности атомных часов к компактным системам.
Фото: hi-tech.mail.ru