一块约米粒大小的微型芯片能够生成高度有序的“彩虹”光，这一能力最终可能支持更快速、更大容量的6G通信以及为量子技术提供极其精确的计时。拉夫堡大学的物理学家与国际研究团队合作，展示了一种产生一系列精确间隔光频率的系统。这些光频率随后可以转化为多种高频电磁信号，称为毫米波。毫米波因能够提供更多的带宽而受到未来通信领域的关注，为网络提供了更大的数据传输空间。然而，生产这些信号所需的精度和稳定性一直是一大障碍。拉夫堡大学新兴光子学研究中心的卢克·彼得斯博士表示：“世界对数据的需求日益增长。我们希望能够更快、更高分辨率地发送和接收更多信息，而毫米波有助于提供实现这一目标的能力。”他说：“这些技术最终能为更快速、更高容量的6G网络做出贡献，但其潜力远不止于通信。这些频率还可以用于雷达系统、光谱分析和天文仪器，帮助科学家研究材料并进行极其精确的宇宙测量。”“这些应用尚需一段时间，技术在实际系统中使用之前还有挑战需要克服——但我们的最新研究已解决了一个主要问题。” 微涡轮可创造多个6G信道 生产毫米波的一种方法依赖于一种称为微涡轮的设备。微涡轮能够生成一组极其精确的光频率，排列方式类似于彩虹中的颜色，尽管这种光对人眼是不可见的。这些光频率可以通过一个专门的天线转化为毫米波。早期研究展示了微涡轮能够生成单一精确的毫米波频率。与此同时，能够同时生成许多频率则可能更有用，因为每个频率都可以作为一个独立信道同时传输信息。然而，要实现这一点，需要具有卓越稳定性和信号质量的微涡轮。在一篇新的《自然通讯》论文中，拉夫堡的研究人员报告了一个能够做到这一点的系统。他们的方法产生了一种稳定、高质量的微涡轮，能够同时转化为多个精确间隔的毫米波频率。区别在于微涡轮的生产方式。传统系统通常将激光光照射到微谐振腔，这是一种建立在微芯片上的微小结构，能够捕获光并使其循环。拉夫堡的系统则将基于芯片的微谐振腔连接到一个更大的光纤环路中。激光光不断在系统的这两个部分中旅行，帮助所需的光学状态形成并保持稳定。“我们基本上创造了一个极其精确和稳定的‘芯片上的彩虹’，这个环路不断将光反馈到芯片中，从而使这些状态有效地建立、自发启动并保持稳定，即使系统受到干扰，”彼得斯博士说。“它的稳健性也令人瞩目。我们甚至有工作人员在系统旁边跳跃，微涡轮依然保持稳定。” 稳定且可控的光彩虹 研究人员还展示了他们可以通过调节各个频率的强度来操控微涡轮的“彩虹”。重要的是，光学微涡轮的精度和稳定性在光被转化为毫米波信号后得以保持。这种控制力可能允许未来的系统根据应用生成不同的频率组合。“能够使单个频率更强或更弱使我们对生成的信号有了更大的控制，因为不同的应用需要不同组合的频率，”彼得斯博士说。“同样重要的是，我们已经证明了微涡轮的精度延续到毫米波上。这为我们提供了一整套高度受控的信号，这正是精确度和稳定性至关重要的应用所需的。”“这种精度对计时而言是非常重要的。精确计时是新兴量子技术的核心，其要求极高的精准度。” 技术缩小：超越实验室 该团队目前正在研究微涡轮系统如何最终从实验室实验转向实用技术。尽管中心的微芯片仅约米粒大小，整个系统在目前仍占据一个实验室台面。研究人员相信，未来的版本可能会变得小得多，并且能耗也会显著降低。