Yhdysvaltain standardointi-instituutti NIST (National Institute of Standards and Technology) ja sen yhteistyökumppanit ovat saaneet aikaan mullistavan ratkaisun erilaisten signaalien ajoitusteknologiassa. Työn alla on kompakti yhden sirun ratkaisu, joka valon mikroaalloiksi.
Piiri on taajuuskampa, joka tuottaa erittäin tarkkoja ja säännöllisesti toistuvia valon aallonpituuksia. Siru voisi parantaa GPS:ää, puhelin- ja Internet-yhteyksien laatua, tutka- ja tunnistusjärjestelmien tarkkuutta ja muita tekniikoita, jotka perustuvat erittäin tarkkaan ajoitukseen ja viestintään.
Tämä tekniikka vähentää ajoituksen värinää (jitter), joka viittaa pieniin, satunnaisiin muutoksiin mikroaaltosignaalien ajoituksessa. NIST:n tutkijat onnistuivat uutuuspiirillään lyhentämään näitä ajoitusaaltojen keston erittäin pieneen sekunnin murto-osaan – tarkalleen ottaen 15 femtosekuntiin. Tämä on merkittävä parannus perinteisiin mikroaaltolähteisiin verrattuna.
Värinän pienentäminen tekee signaaleista paljon vakaampia ja tarkempia. Sen avulla voidaan lisätä tutkan herkkyyttä ja analogisen signaalin tarkkuutta. Digitaalimuuntimista tekniikka tekee tarkempia ja kaukoputkiryhmien tähtitieteellisistä kuvista selkeämpiä.
Vastaavia järjestelmiä on toki tehty aiemminkin, mutta ne ovat olleet kooltaan merkittävästi suurempia. NIST:n demoprojektissa tutkijat onnistuivat ensimmäistä kertaa pienentämään pöytäkokoisen järjestelmän kompaktiksi siruksi, joka on suunnilleen digitaalikameran muistikortin kokoinen. Pieni koko vähentää virrankulutusta ja tekee taajuuskammasta käyttökelpoisemman jokapäiväisissä laitteissa.
Tällä hetkellä useat tämän tekniikan komponentit sijaitsevat sirun ulkopuolella, kun tutkijat testaavat niiden tehokkuutta. Projektin perimmäisenä tavoitteena on integroida kaikki eri osat, kuten laserit, modulaattorit, ilmaisimet ja optiset vahvistimet, yhdelle sirulle.
NIST:n fysiikan tutkija Frank Quinlanin mukaan nykyiset ratkaisut vaativat useita laboratorioita ja monia tohtorintutkintoja mikroaaltosignaalien aikaansaamiseksi. - Tässä tutkimuksessa on paljon kyse siitä, kuinka hyödynnämme optisten signaalien etuja pienentämällä komponenttien kokoa ja tekemällä kaikesta helpommin saavutettavaa.
Tutkijat käyttävät puolijohdelaseria, joka toimii eräänaisena erittäin vakaana taskulamppuna. Ne ohjaavat valon laserista pieneen peililaatikkoon, jota kutsutaan referenssionteloksi. Tämän ontelon sisällä jotkin valon taajuudet on sovitettu ontelon kokoon niin, että valoaaltojen huiput ja laaksot sopivat täydellisesti seinien väliin. Tämä saa valon keräämään tehoa näillä taajuuksilla, joita käytetään laserin taajuuden pitämiseen vakaana. Vakaa valo muunnetaan sitten mikroaalloiksi taajuuskampaa käyttämällä. Nämä tarkat mikroaallot ovat ratkaisevan tärkeitä teknologioille, kuten navigointijärjestelmille, viestintäverkoille ja tutkalle, koska ne tarjoavat tarkan ajoituksen ja synkronoinnin.
