Atoom-gebaseerde Radio Sensor Onthult Signaalrichting voor Schonere Communicatie

Onderzoekers hebben een atoombasierte sensor gedemonstreerd die de richting van een binnenkomend radiosignaal kan bepalen, een ander sleutelonderdeel voor een potentiële atoombasierte communicatiesysteem dat kleiner kan zijn en beter werkt in ruisvolle omgevingen dan conventionele technologie.

De mogelijkheid om de "hoek van aankomst" van een signaal te meten, helpt de nauwkeurigheid van radar en draadloze communicatie te waarborgen, die echte berichten en afbeeldingen moeten scheiden van willekeurige of bewuste interferentie. Een echt atoombasiert communicatiesysteem zou 5G en verder ten goede komen.

Twee verschillende kleuren lasers bereiden gasvormige cesium atomen in een klein glasflesje, of cel, voor in hoge-energie (Rydberg) toestanden die nieuwe eigenschappen hebben zoals extreme gevoeligheid voor elektromagnetische velden. De frequentie van een elektrisch veld signaal beïnvloedt de kleuren van het door de atomen geabsorbeerde licht. Een atoombasierte "mixer" neemt invoersignalen en converteert ze naar verschillende frequenties. Eén signaal fungeert als referentie terwijl een tweede signaal geconverteerd of afgestemd wordt naar een lagere frequentie. Lasers tasten de atomen af om verschillen in frequentie en fase tussen de twee signalen te detecteren en te meten. Fase verwijst naar de positie van elektromagnetische golven ten opzichte van elkaar in de tijd.

De mixer meet de fase van het afgestemde signaal op twee verschillende locaties binnen de atoompest cel. Op basis van de faseverschillen op deze twee locaties kunnen onderzoekers de aankomstrichting van het signaal berekenen. Om de aanpak te demonstreren, meet het team faseverschillen van een 19,18-Gigahertz experimenteel signaal op twee locaties binnen de dampcel voor verschillende aankomstshoeken. Ze vergeleken deze metingen met zowel een simulatie als een theoretisch model om de nieuwe methode te valideren.

Atoombasierte sensoren hebben in het algemeen veel mogelijke voordelen inclusief metingen die zowel zeer nauwkeurig als universeel zijn; dat wil zeggen, hetzelfde overal omdat de atomen identiek zijn. Meetstandaarden gebaseerd op atomen omvatten die voor lengte en tijd.

Met verdere ontwikkeling kunnen atoombasierte radioontvangers veel voordelen bieden ten opzichte van conventionele technologieën. Bijvoorbeeld, er is geen behoefte aan traditionele elektronica die signalen naar verschillende frequenties converteert voor aflevering omdat de atomen het werk automatisch doen. De antennes en ontvangers kunnen fysiek kleiner zijn, met micrometer-schaal afmetingen. Bovendien kunnen atoombasierte systemen minder gevoelig zijn voor sommige typen interferentie en ruis.