Ny transducer skal forstærke svage radiosignaler med lys

I følsomme elektroniske systemer handler det om at reducere støj så meget som muligt – især hvis man vil tyde meget svage signaler.

Derfor vakte det straks interesse i astronomikredse, da en gruppe forskere fra Niels Bohr Institutet, DTU, og amerikanske Nist for nylig kunne præsentere en forstærker, som i teleskoper kan gøre selv svage signaler fra rummet målbare.

Forskellen på denne teknologi og de gængse forstærkere på markedet er, at denne prototype bruger lys til at omdanne de elektriske signaler til optiske ditto, som herefter kan måles meget præcist.

Et simpelt system

Måden, forskerne har grebet det an på, er ved at fremstille en membran af siliciumnitrid, som er mindre end 200 nm tyk. Den er herefter coatet med aluminium og hængt op over en glasplade med guldet, som udgør kondensatoren.

Fra kondensatoren udgår en antenne, som samler de svage signaler op og sætter membranen i svingninger ved at lade signalerne bevæge sig i takt mellem membranen og kondensatoren.

Svingningerne bliver herefter opfanget af en laser, hvis bevægelser i lyset kan aflæses meget præcist, fortæller ph.d.-studerende ved Niels Bohr Institutet Anders Simonsen, som er en af de studerende, som har arbejdet med forstærkeren det seneste år.

»Der er for så vidt tale om et simpelt system. Det udfordrende er, at det hele skal gøres meget kompakt og præcist, før det er anvendeligt,« siger han.

»I prototypen eksperimenterer vi med at udskifte membranen og prøve forskellige andre ting af, for eksempel at udskifte guldet med grafen. Men det endelige design skal være småt og indkapslet, for kommer der bare et støvkorn ind mellem kondensatoren og membranen, så risikerer det at øge afstanden mellem de to dele, og det forringer signalet,« uddyber Anders Simonsen.

Selv om det ikke er nyt at omdanne mekaniske vibrationer til lys, så er det nyt, at signalrejsen foregår næsten fejlfrit og meget følsomt fra elektrisk signal til lys via mekanik, således at selv en elektrisk kvantetilstand kan blive overført til lys og omvendt.

Også relevant i telefoner

På længere sigt vil Anders Simonsen gerne arbejde på at integrere den eksterne antenne i setuppet, så der bliver tale om en chip med en fuld pakke, der kan sættes direkte ind i ikke blot et teleskop, men også en smartphone, en MRI-scanner eller andre apparater, der er afhængige af opsamling af signaler af varierende styrke. Og endnu længere ude kan det være, at teknologien kan bruges til overførsel af data mellem kvantecomputere.

»Men for at gå kvantevejen kræver det, at vi begynder at bruge køling. Da kan vi ikke længere holde elektronikken ved stuetemperatur som nu. Det vil åbne op for helt ny forskning, men der er et stykke vej endnu, før vi når derhen,« siger Anders Simonsen.