Разработан усилитель для исследования космоса и квантового мира

Ученые из Калифорнийского технологического института и лаборатории реактивного движения НАСА разработали новый тип усилителя для усиления электрических сигналов.

Устройство может использоваться для всего от исследования звезд, галактик и черных дыр до изучения квантового мира и разработки квантовых компьютеров.

«Этот усилитель переоценивает то, что возможно измерить», сказал профессор физики Джонас Смудзинас.

Усилитель — устройство, которое увеличивает мощность слабого сигнала. „Усилители играют важную роль в широком диапазоне научных измерений и в электронике в целом“, сказал доцент Питер Дэй. „Для большинства задач современные усилители достаточно хороши. Но для наиболее требовательных применений все ограничивают недостатки доступных технологий“.

Обычные транзисторные усилители, подобные тем, что питают динамики в вашем автомобиле, работают в значительном диапазоне частот. Они способны усиливать сигналы от слабых до сильных, и этот так называемый динамический диапазон позволяет динамикам проигрывать тихие и громкие отрывки композиции. Однако когда необходим чрезвычайно мощный усилитель, например, для усиления слабых высокочастотных радиоволн отдаленных галактик, транзисторные усилители вводят слишком много шумов, приводя к тому, что сигнал получается мощным, но менее ясным.

Один из типов высокочувствительного усилителя — параметрический, который усиливает слабый входящий сигнал с помощью сильного (накачанного) сигнала. И пока оба сигнала проходят через устройство, накачанный сигнал вводит энергию в слабый сигнал, усиливая его.

Примерно 50 лет назад профессор прикладной физики и электротехники Амнон Ярив продемонстрировал, что такой тип усилителя производит минимальный объем шумов: единственный шум, который в итоге имеется — это шум от покачивания атомов и волн согласно законам квантовой механики. Проблема многих параметрических усилителей в том, что они способны усиливать сигнал в узком частотном диапазоне и часто обладают плохим динамическим диапазоном.

Однако новый усилитель ученых, тип параметрического усилителя, объединяет лишь лучшие свойства такого типа устройств. Он работает в частотном диапазоне в 10 раз шире других сравнительно чувствительных усилителей и способен усиливать сигнал без искажения с наименьшим вводимым количеством неизбежных шумов.

Ученые допускают разработку параметрического усилителя, который будет работать в частотном диапазоне от нескольких гигагерц до терагерца.

Результаты опубликованы в издании Nature Physics.

16.07.2012