在最新一期的《自然》杂志中，来自美国国家标准与技术研究所、国家航空航天局喷气推进实验室、加州理工学院等机构的科学家们介绍了一种创新性的紧凑型芯片。这款芯片能够将光直接转换为微波，为依赖高精度定时和通信技术的系统带来了性能上的提升。这些系统包括全球定位系统、电话和互联网连接、雷达、以及传感系统等。这一突破性的研究将极大地改变人类对光和微波的应用方式。
研究人员测试了这款能够实现光到微波信号转换的芯片。它的外观酷似两张迷你唱片，而其左侧的一个金色盒子则是用于向芯片发射激光的半导体激光器。 研究团队强调，他们的技术有效地减少了微波信号定时的抖动，即微小的随机变化，从而提高了信号的稳定性和精确性。这不仅能够增强雷达的灵敏度，提高模数转换器的精确度，还能让望远镜组拍摄的天文图像更加清晰。 他们指出，以往实现光到微波的转换需要复杂的实验室设备和支持，并且需要众多拥有博士学位的专业人士。而这项研究的独到之处在于，研究人员成功地将原本占据桌面大小的系统集成到了一个与数码相机存储卡大小相仿的紧凑型芯片中。这种小型化不仅降低了功耗，还使得集成到小型设备变得更为便捷，应用范围也因此得到了拓展。 为了实现这一目标，研究人员采用了一种半导体激光器，并将其发出的光线引导到一个参考腔内。这个参考腔就像一个微型的空腔，光线在其中反射。某些光频率与腔体大小相匹配，使得光的波峰和波谷能够完美地位于腔壁之间。这样的共振效应使得这些特定频率的光功率得到累积，从而保持了激光器频率的稳定性。随后，研究团队利用频率梳技术将稳定的光转换成微波。这些精确的微波提供了精准的定时和同步功能，对于导航系统、通信网络和雷达等技术至关重要。 研究人员表示，这项技术在多个领域都有着巨大的应用潜力。例如，在天文学领域，当研究遥远天体如黑洞时，需要极其低噪声的信号和时钟同步，而他们开发的最新系统正好能够满足这一需求。这项技术的成功，不仅展示了科学家们对光和微波应用方式的深刻理解，也为未来的通信和导航技术提供了新的可能性。
