Атомный радиосенсор определяет направление сигнала для чистой связи

Исследователи продемонстрировали атомный сенсор, способный определять направление приходящего радиосигнала — еще один ключевой элемент для потенциальной атомной системы связи, которая может быть меньше и работать лучше в шумных средах, чем обычная технология.

Возможность измерять «угол прибытия» сигнала помогает обеспечить точность радара и беспроводной связи, которым нужно отделять реальные сообщения и изображения от случайных или намеренных помех. Настоящая атомная система связи принесла бы пользу 5G и далее.

Два лазера разного цвета готовят газообразные цезиевые атомы в крошечной стеклянной колбе (ячейке) в высокоэнергетические (Ридберговы) состояния, обладающие новыми свойствами, такими как экстремальная чувствительность к электромагнитным полям. Частота электрического поля сигнала влияет на цвета света, поглощаемого атомами. Атомный «миксер» принимает входные сигналы и преобразует их в другие частоты. Один сигнал служит опорным, а второй преобразуется или настраивается на более низкую частоту. Лазеры зондируют атомы для обнаружения и измерения разностей в частоте и фазе между двумя сигналами. Фаза относится к положению электромагнитных волн относительно друг друга во времени.

Миксер измеряет фазу настройкового сигнала в двух разных локациях внутри ячейки атомарного пара. Исходя из фазовых разностей в этих двух локациях, исследователи могут рассчитать направление прибытия сигнала. Для демонстрации подхода команда измерила фазовые разности экспериментального сигнала 19,18 ГГц в двух локациях внутри паровой ячейки для различных углов прибытия. Они сравнили эти измерения как с симуляцией, так и с теоретической моделью для валидации нового метода.

Атомные сенсоры в целом имеют много потенциальных преимуществ, включая измерения, которые одновременно высокоточны и универсальны; то есть одинаковы везде, потому что атомы идентичны. Стандарты измерений, основанные на атомах, включают стандарты длины и времени.

С дальнейшей разработкой атомные радиоприемники могут предложить многие преимущества перед обычными технологиями. Например, нет необходимости в традиционной электронике, преобразующей сигналы в другие частоты для доставки, потому что атомы делают работу автоматически. Антенны и приемники могут быть физически меньше, с микрометровыми размерами. Кроме того, атомные системы могут быть менее восприимчивы к некоторым типам помех и шума.