Chế tạo thiết bị chuyển đổi ánh sáng la-ze thành tín hiệu tần số

Các nhà nghiên cứu làm việc tại Đại học Purdue, Hoa Kỳ, Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ (NIST), đã tạo ra ra một thiết bị đủ nhỏ để gắn trên vi mạch máy tính, có thể giúp chuyển đổi ánh sáng la-de liên tục thành rất nhiều các tín hiệu tần số vô tuyến điện siêu ngắn. Thiết bị này có thể được tích hợp trong các cảm biến, hệ thống truyền thông và dụng cụ phòng thí nghiệm.

Kết quả của nghiên cứu này đã được đăng tải trực tuyến trên tạp chí Nature Photonics, số ra trong tháng 10 năm 2011.

Những tín hiệu tần số vô tuyến điện siêu ngắn này được lan truyền với tỉ lệ rất cao, tương ứng với hàng trăm tỷ tín hiệu trong một giây, theo Andrew Weiner, Giáo sư kỹ thuật điện và máy tính, Đại học Purdue, Hoa Kỳ.

Thiết bị có tên gọi là: "Hộp cộng hưởng microring" được chế tạo từ silicon nitride, vốn tương thích với vật liệu silicon được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử. Ánh sáng hồng ngoại của tia la-de đi vào vi mạch thông qua một sợi cáp quang duy nhất và được định hướng bởi một ống dẫn sóng bên trong "Hộp cộng hưởng microring".

Các tín hiệu tần số vô tuyến điện siêu ngắn này gồm nhiều phân đoạn tương ứng với các tần số khác nhau, được gọi là "lược tần số".

Bằng cách điều khiển chính xác "lược tần số" này, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ tạo ra: các cảm biến quang học tiên tiến giúp phát hiện và đo lường: các vật liệu nguy hiểm hoặc các tác nhân gây ô nhiễm; dò tìm quang phổ siêu nhạy cho phòng thí nghiệm nghiên cứu và phát triển các hệ thống thông tin liên lạc (dựa trên nền tảng quang học), để truyền tải khối lượng lớn thông tin với chất lượng tốt hơn khi gia tăng băng thông.

Đây cũng là nền tảng công nghệ để phát triển một thế hệ các tín hiệu điện băng thông rộng với  ứng dụng khả thi trong các lĩnh vực truyền thông không dây và hệ thống ra-đa.

"Ánh sáng bắt nguồn từ một tia la-de liên tục, còn được gọi là tia la-de tần số đơn. Cường độ của loại laser này là hằng số, không phải là tín hiệu tần số vô tuyến điện siêu ngắn", Weiner nói. Nhưng khi cho đi qua "Hộp cộng hưởng microring" ánh sáng này được biến đổi thành "lược tần số" bao gồm nhiều tần số với các khoảng cách bằng nhau. Sử dụng một loạt các "Hộp cộng hưởng microring" có thể điều chỉnh để lọc tần số khác nhau nhằm tạo ra sự đa dạng của tín hiệu tần số vô tuyến điện siêu ngắn. Một thuận lợi khác của "Hộp cộng hưởng microring" là kích thước siêu nhỏ.

Ánh sáng la-de trải qua tình trạng "tương tác phi tuyến tính" khi đi qua bên trong i, sẽ tạo ra ‘lược tần số’của các tần số mới được truyền phát ra khỏi thiết bị bởi sợi cáp quang khác.

"Tương tác phi tuyến tính là rất quan trọng đối với các thế hệ "lược tần số"", theo Nghiên cứu sinh Fahmida Ferdous. Với sự tương tác phi tuyến tính, chúng tôi có được một "lược tần số" của rất nhiều tần số, bao gồm cả những tần số được tạo ra lúc ban đầu và phần còn lại là những tần số mới được tạo ra bên trong "Hộp cộng hưởng microring".

Mặc dù các nhà nghiên cứu khác trước đây đã chứng minh tính hữu ích của kỹ thuật thế hệ -
"lược tần số". Tuy nhiên, đây là lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu tiến hành xử lý các tần số bằng cách sử dụng "công nghệ dạng sóng quang học tùy tiện", mà đi tiên phong là các nhà nghiên cứu ở Đại học Purdue, Hoa Kỳ, dẫn đầu bởi Weiner. Các nhà nghiên cứu đã có thể kiểm soát biên độ và trạng thái của mỗi dòng quang phổ, biết rằng có hai loại "lược tần số" : "mạch lạc toàn phần" và "mạch lạc bán phần", mở ra con đường mới để nghiên cứu các tiến trình vật lý.