Individualizuotos „ausinės“ 100 kartų padidina atominio radijo priėmimą

Individualizuotos „ausinės“ 100 kartų padidina atominio radijo priėmimą

Varinės „ausinės“ padidina NIST atominio radijo imtuvo, kurį sudaro specialioje būsenoje stiklinėje talpykloje paruoštų cezio atomų dujos, jautrumą. Kai virš sąrankos esanti antena siunčia radijo signalą, ausinės šimteriopai padidina gaunamo signalo stiprumą. Kreditas: NIST

Nacionalinio standartų ir technologijų instituto (NIST) tyrėjai šimteriopai padidino savo atominio radijo imtuvo jautrumą, įdėdami į nedidelį stiklinį cezio atomų cilindrą, kuris atrodo kaip pritaikytos varinės „ausinės“.

Konstrukcija – kvadratinė viršutinė kilpa, jungianti dvi kvadratines plokštes – padidina gaunamą radijo signalą arba elektrinį lauką, taikomą dujiniams atomams kolboje (žinoma kaip garų elementas) tarp plokščių. Šis patobulinimas leidžia radijo imtuvui aptikti daug silpnesnius signalus nei anksčiau. Demonstracija aprašyta naujame dokumente.

Ausinių struktūra techniškai yra padalinto žiedo rezonatorius, kuris veikia kaip metamedžiaga – medžiaga, sukurta naujomis struktūromis, kad būtų sukurtos neįprastos savybės. „Galime tai pavadinti metamedžiagų įkvėpta struktūra“, – sakė NIST projekto vadovas Chrisas Holloway.

NIST mokslininkai anksčiau demonstravo atominį radijo imtuvą. Atominis jutiklis, be kitų galimų pranašumų, gali būti fiziškai mažesnis ir geriau veikti triukšmingoje aplinkoje nei įprasti radijo imtuvai.

Garų elementas yra maždaug 14 milimetrų (mm) ilgio, 10 mm skersmens, maždaug nago ar kompiuterio lusto dydžio, bet storesnis. Rezonatoriaus viršutinė kilpa yra apie 16 mm vienoje pusėje, o ausų gaubtai yra apie 12 mm vienoje pusėje.

NIST radijo imtuvas remiasi specialia atomų būsena. Tyrėjai naudoja du skirtingų spalvų lazerius, kad paruoštų garų elemente esančius atomus į didelės energijos („Rydberg“) būsenas, kurios turi naujų savybių, tokių kaip ypatingas jautrumas elektromagnetiniams laukams. Taikomo elektrinio lauko dažnis ir stiprumas turi įtakos atomų sugertos šviesos spalvoms, todėl signalo stiprumas paverčiamas optiniu dažniu, kurį galima tiksliai išmatuoti.

Radijo signalas, nukreiptas į naują rezonatorių, sukuria sroves viršutinėje kilpoje, kuri sukuria magnetinį srautą arba įtampą. Varinės konstrukcijos matmenys yra mažesni už radijo signalo bangos ilgį. Dėl to šis mažas fizinis tarpas tarp metalinių plokščių kaupia energiją aplink atomus ir sustiprina radijo signalą. Tai padidina veikimo efektyvumą arba jautrumą.

“Kilpa užfiksuoja įeinantį magnetinį lauką, sukurdama įtampą tarpuose”, – sakė Holloway. “Kadangi tarpo atskyrimas yra mažas, per tarpą sukuriamas didelis elektromagnetinis laukas.”

Kilpos ir tarpo dydžiai lemia natūralų arba rezonansinį vario struktūros dažnį. NIST eksperimentuose tarpas buvo šiek tiek didesnis nei 10 mm, ribojamas turimo garų elemento išorinio skersmens. Tyrėjai naudojo komercinį matematinį simuliatorių, kad nustatytų kilpos dydį, reikalingą sukurti rezonansinį dažnį, esantį netoli 1,312 gigahercų, kur Rydbergo atomai keičia energijos lygius.

Keletas išorės bendradarbių padėjo modeliuoti rezonatoriaus dizainą. Modeliavimas rodo, kad signalas gali būti 130 kartų stipresnis, o išmatuotas rezultatas buvo maždaug šimtą kartų, greičiausiai dėl energijos nuostolių ir struktūros netobulumų. Mažesnis tarpas sukeltų didesnį sustiprinimą. Tyrėjai planuoja ištirti kitus rezonatorių dizainus, mažesnius garų elementus ir skirtingus dažnius.

Toliau tobulinant atominius imtuvus, palyginti su įprastomis radijo technologijomis, gali būti daug pranašumų. Pavyzdžiui, atomai veikia kaip antena, todėl nereikia tradicinės elektronikos, kuri konvertuoja signalus į skirtingus dažnius, nes atomai atlieka savo darbą automatiškai. Atomų imtuvai gali būti fiziškai mažesni, jų matmenys yra mikrometriniai. Be to, atominės sistemos gali būti mažiau jautrios tam tikrų tipų trukdžiams ir triukšmui.


NIST demo prideda pagrindines galimybes atominiam radijo ryšiui


Daugiau informacijos:

Christopheris L. Holloway ir kt., Rydbergo atomo lauko jutimo stiprinimas naudojant padalinto žiedo rezonatorių, Taikomosios fizikos raidės (2022). DOI: 10.1063 / 5.0088532

Pateikė
Nacionalinis standartų ir technologijos institutas

Citata:
Individualizuotos „ausinės“ 100 kartų padidina atominio radijo priėmimą (2022 m. gegužės 23 d.)
Gauta 2022 m. gegužės 23 d
iš https://phys.org/news/2022-05-custom-headphones-boost-atomic-radio.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Be bet kokių sąžiningų sandorių privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, ne
dalis gali būti atgaminta be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.

Leave a Comment

Your email address will not be published.