紧凑型芯片可将光转化为微波，有望提升GPS和雷达等系统精度
科技日报记者 刘霞
来自美国国家标准与技术研究所、国家航空航天局喷气推进实验室、加州理工学院等机构的科学家，在最新一期《自然》杂志上发表论文称，他们研制出了一款紧凑型芯片，可将光无缝转换为微波。该芯片有望提高依赖高精度定时和通信技术的系统的性能，这些系统包括全球定位系统、电话和互联网连接、雷达、传感系统等。新研究也将彻底改变人类对光和微波的利用方式。
研究人员测试了能将光转换为微波信号的芯片。该芯片看起来像两张小小的唱片，其左侧的金色盒子是向芯片发射激光的半导体激光器。图片来源：美国国家标准与技术研究所
研究团队指出，他们的技术减少了定时抖动，即微波信号定时的微小随机变化，能使信号更稳定和精确，从而可提高雷达的灵敏度、模数转换器的精度，以及望远镜组拍摄的天文图像的清晰度等。
研究人员指出，以往技术需要几个实验室和许多具有博士学位的人，才能将光无缝转化为微波信号。此项研究的独特之处在于，整个系统非常紧凑。他们首次将曾经是桌面大小的系统缩小为一块紧凑的芯片，与数码相机存储卡的大小相当。在小范围内减少定时抖动可减少功耗，并使其能更容易集成到小型设备内，适用范围更广。
为实现这一点，研究人员使用了一种半导体激光器。他们将激光发出的光引导到一个参考腔内。这个空腔就像一个微型房间，光线在这里反射。一些光的频率与空腔的大小匹配，使光的波峰和波谷完美地位于腔壁之间。这使这些频率的光的功率不断累积，以保持激光器的频率稳定。然后，研究团队使用频率梳将稳定的光转换为微波。这些精确的微波提供了准确的定时和同步，对导航系统、通信网络和雷达等技术至关重要。
研究人员表示，这项技术有望在多个领域“大显身手”。例如，天文学家在对黑洞等遥远天体进行成像时，需要非常低噪声的信号和时钟同步，最新系统有望助力实现这一点。
（来源：科技日报）