В МГУ и Квантовом центре придумали, как сделать спутники меньше, а связь надежнее

Российские ученые из МГУ и сколковского Российского квантового центра совместно с зарубежными коллегами смогли значительно уменьшить размер оптического импульсного генератора - базового элемента оборудования связи. Исследователи предполагают, что со временем их открытие позволит уменьшить вес спутников и сделать коммуникации более стабильными.

Развитие микроэлектроники и средств связи требует от приборной базы повышения точности и пропускной способности, а также улучшения эргономики. Для спутников связи и геопозиционирования важно, чтобы они имели как можно меньший вес и при этом обеспечивали стабильный сигнал. 

В 2012 г. ученые из Московского государственного университета вместе со своими коллегами из Швейцарской высшей технической школы Лозанны провели исследование, которое может послужить этим задачам. Ученые показали, что источником шума в так называемых оптических «гребенках» являются не фундаментальные физические ограничения, а механизмы нелинейных гармонических колебаний, которые можно компенсировать. Работа была опубликована в журнале Nature Photonics.

22 декабря 2013 г. в Nature Photonics появилась новая публикация, в которой содержатся дополнительные результаты исследования. Один из авторов статьи, профессор физического факультета МГУ и сотрудник сколковского Российского квантового центра Михаил Городецкий, заявил, что они получили как минимум три важных результата: ученые нашли способ генерации стабильных фемтосекундных импульсов (длительностью 10^-15 секунд), оптических «гребенок» и СВЧ-сигналов.

Физики воспользовались микрорезонатором (в данном случае: миллиметровым диском из фторида магния, в котором можно создавать закольцованные, то есть движущиеся по периметру, электромагнитные колебания) для того, чтобы преобразовать непрерывное лазерное излучение в периодические импульсы невероятно короткой продолжительности. Наиболее известными аналогичными устройствами являются лазеры с синхронизацией мод, генерирующие фемтосекунды, импульсы с высокой интенсивностью. Области применения таких лазеров: анализ химических реакций, лазерная хирургия глаз и т. д.

«В лазерах с синхронизацией мод используются сложные оптические компоненты, материалы и специальные зеркала, - рассказал Городецкий. - Мы же смогли добиться стабильных импульсов в пассивном оптическом резонаторе, используя его собственную нелинейность». Он пояснил, что в будущем это открытие позволит существенно уменьшить габариты устройств.

Короткие импульсы, генерируемые в микрорезонаторе, известны как оптические солитоны (стабильные уединенные волны, которые двигаются, сохраняя свою величину и структуру; примером солитона могут быть рябь на воде или цунами). «Мы можем генерировать один стабильный солитон, который будет циркулировать внутри микрорезонатора. В результате на подсоединенном оптоволокне мы можем получить последовательность импульсов с периодичностью, равной времени оборота солитона», - пояснил Городецкий.

Длительность импульсов составила 100-200 фемтосекунд, однако авторы исследования уверены, что солитоны можно сделать намного более короткими. Ученые считают, что их открытие позволит создать новое поколение компактных, стабильных и недорогих оптических импульсных генераторов. Такие импульсы на спектральном языке представляют собой так называемые оптические «гребенки», которые произвели революцию в метрологии и спектроскопии и были удостоены Нобелевской премии 2005 г.: ее получили американец Джон Холл (John Hall) и немец Теодор Хэнш (Theodor Haensch) - «за вклад в развитие лазерной прецизионной спектроскопии, включая технику оптических "гребенок"»).

В то же время, как продемонстрировали исследователи, сигнал, генерируемый такой «гребенкой» на фотодетекторе, представляет собой СВЧ-сигнал высокой частоты с очень низким уровнем фазового шума. Подбные СВЧ-генераторы, с низким уровнем шума, играют крайне важную роль в современных технологиях. Они применяются в метрологии, радиолокации, оборудовании связи, включая спутники. Авторы исследования отмечают, что полученные ими результаты имеют большое значение в таких областях, как спектроскопия, телекоммуникации и астрономия.

Кстати, а вы знали, что на «Сделано у нас» статьи публикуют посетители, такие же как и вы? И никакой премодерации, согласований и разрешений! Любой может добавить новость. А лучшие попадут в телеграмм @sdelanounas_ru. Подробнее о том как работает наш сайт здесь👈