Le Countrywide Institute of Specifications and Technology (NIST) et ses collaborateurs ont réalisé une avancée modeste mais puissante dans la technologie de synchronisation : des puces compactes qui convertissent de manière transparente la lumière en micro-ondes. Cette puce pourrait améliorer le GPS, la qualité des connexions téléphoniques et World wide web, la précision des systèmes de radar et de détection, ainsi que d#39autres technologies qui reposent sur une synchronisation et une conversation de haute précision.
Cette technologie réduit ce que l#39on appelle la gigue temporelle, qui correspond à de petits changements aléatoires dans la synchronisation des signaux micro-ondes. Semblable à la situation où un musicien essaie de maintenir un rythme régulier dans sa musique, le timing de ces signaux peut parfois varier légèrement. Les chercheurs ont réduit ces oscillations de synchronisation à une très petite portion de seconde — 15 femtosecondes pour être actual, une grande amélioration par rapport aux resources micro-ondes traditionnelles — rendant les signaux beaucoup as well as stables et précis, ce qui pourrait augmenter la sensibilité du radar, la précision des convertisseurs analogique-numérique et la clarté des pictures astronomiques capturées par des groupes de télescopes.
Les résultats de l#39équipe ont été publiés dans Mother nature.
Faire la lumière sur les micro-ondes
La réduction de la gigue de synchronisation à petite échelle réduit la consommation d#39énergie et la rend plus utilisable dans les appareils quotidiens.
À l’heure actuelle, plusieurs composants de cette technologie sont situés à l’extérieur de la puce, alors que les chercheurs testent leur efficacité. Le but ultime de ce projet est d#39intégrer toutes les différentes functions, telles que les lasers, les modulateurs, les détecteurs et les amplificateurs optiques, sur une seule puce.
En intégrant tous les composants sur une seule puce, l’équipe a pu réduire à la fois la taille et la consommation électrique du système. Cela signifie qu’il pourrait être facilement intégré à de petits appareils sans nécessiter beaucoup d’énergie ni de formation spécialisée.
« La technologie actuelle nécessite plusieurs laboratoires et de nombreux doctorats pour produire des signaux micro-ondes », a déclaré Frank Quinlan, physicien au NIST. « Cette recherche porte en grande partie sur la manière dont nous utilisons les avantages des signaux optiques en réduisant la taille des composants et en rendant tout moreover available. »
Pour ce faire, les chercheurs utilisent un laser à semi-conducteur, qui agit comme une lampe de poche très steady. Ils dirigent la lumière du laser vers une minuscule boîte à miroir appelée cavité de référence, qui ressemble à une pièce miniature dans laquelle la lumière rebondit. À l’intérieur de cette cavité, certaines fréquences lumineuses sont adaptées à la taille de la cavité afin que les pictures et les vallées des ondes lumineuses s’adaptent parfaitement entre les parois. Cela amène la lumière à accumuler de la puissance dans ces fréquences, ce qui est utilisé pour maintenir la fréquence du laser steady. La lumière steady est ensuite convertie en micro-ondes à l’aide d’un dispositif appelé peigne de fréquence, qui transforme la lumière haute fréquence en signaux micro-ondes as well as graves. Ces micro-ondes précises sont cruciales pour des technologies telles que les systèmes de navigation, les réseaux de conversation et les radars, car elles fournissent un timing et une synchronisation précis.
« L#39objectif est de faire en sorte que tous ces éléments fonctionnent ensemble efficacement sur une seule plate-forme, ce qui réduirait considérablement la perte de signaux et supprimerait le besoin de technologie supplémentaire », a déclaré Quinlan. « La première stage de ce projet consistait à montrer que toutes ces pièces individuelles fonctionnent ensemble. La deuxième period consiste à les assembler sur la puce. »
Dans les systèmes de navigation tels que le GPS, la synchronisation précise des signaux est essentielle pour déterminer la localisation. Dans les réseaux de communication, tels que les systèmes de téléphonie mobile et Web, une synchronisation précise de plusieurs signaux garantit que les données sont transmises et reçues correctement.
Par exemple, la synchronisation des signaux est importante pour que les réseaux cellulaires occupés puissent gérer plusieurs appels téléphoniques. Cet alignement précis des signaux dans le temps permet au réseau cellulaire d#39organiser et de gérer la transmission et la réception de données provenant de plusieurs appareils, comme votre téléphone moveable. Cela garantit que plusieurs appels téléphoniques peuvent être acheminés simultanément sur le réseau sans subir de retards ou de pertes importants.
Dans le radar, qui est utilisé pour détecter des objets tels que des avions et des problems météorologiques, un timing précis est very important pour mesurer avec précision le temps nécessaire au rebond des signaux.
« Il existe toutes sortes d#39applications pour cette technologie. Par exemple, les astronomes qui imagent des objets astronomiques lointains, comme les trous noirs, ont besoin de signaux à très faible bruit et d#39une synchronisation d#39horloge », a déclaré Quinlan. « Et ce projet aide à sortir ces signaux à faible bruit du laboratoire et à les mettre entre les mains des techniciens radar, des astronomes, des scientifiques de l#39environnement, de tous ces différents domaines, afin d#39augmenter leur sensibilité et leur capacité à mesurer de nouvelles choses. »
Travailler ensemble vers un objectif commun
La création de ce variety d’avancée technologique ne se fait pas seule. Des chercheurs de l#39Université du Colorado à Boulder, du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, du California Institute of Technologies, de l#39Université de Californie à Santa Barbara, de l#39Université de Virginie et de l#39Université de Yale se sont réunis pour atteindre cet objectif commun : révolutionner la façon dont nous exploitons la lumière et les micro-ondes. pour des applications pratiques.
« J#39aime comparer nos recherches à un projet de building. Il y a beaucoup de pièces mobiles et vous devez vous assurer que tout le monde est coordonné afin que le plombier et l#39électricien se présentent au bon minute dans le projet », a déclaré Quinlan. « Nous travaillons tous très bien ensemble pour faire avancer les choses. »
Cet effort and hard work de collaboration souligne l#39significance de la recherche interdisciplinaire pour stimuler le progrès technologique, a déclaré Quinlan.
