Ученые представили атомный датчик, который может определять направление входящего радиосигнала. Он может стать основой нового поколения устройств, способных работать в более шумной среде, чем традиционная технология. Атомные датчики очень точны и могут обнаруживать сигнал даже при сильном фоновом шуме. Но до сих пор они не могли определять направление входящего радиосигнала. Теперь физики наделили эти устройства такой функцией.

Исследователи ранее показали, что атомные датчики могут принимать радиосигналы на используемых в современных телекоммуникационных системах длинах волн. Но до сих пор эти устройства не были способны определять направление входящего сигнала.

Сотрудники Национального института стандартов и технологий теперь усовершенствовали свой атомный датчик так, что он стал способен определять угол, под которым к нему пришел входящий сигнал. В экспериментальной установке исследователей два лазера с разной длиной волны переводят атомы цезия, находящиеся в крошечной стеклянной колбе в виде газа в высокоэнергетические («ридберговские») состояния. В этих состояниях атомы цезия обладают высокой восприимчивостью к электромагнитному излучению.

Атомный датчик принимает входные сигналы и преобразует их в излучение с другой длиной волны. Один сигнал действует как опорный и имеет постоянную частоту, а второй изменяется в зависимости от входящего сигнала. При помощи лазеров ученые измеряют состояния атомов, чтобы обнаружить и измерить различия в частоте и фазе между двумя потоками излучения. Устройство измеряет разницу фаз в двух точках своей конструкции. Основываясь на разнице фаз в этих двух точках, исследователи могут вычислить, откуда пришел сигнал.

Чтобы продемонстрировать этот подход, авторы измерили разность фаз экспериментального сигнала частотой 19,18 гигагерца в двух местах внутри ячейки, направляя на нее радиосигнал под разными углами. Исследователи сравнили эти измерения как с имитационной, так и с теоретической моделью, и показали, что система работает достаточно точно. Выбранная частота передачи может быть использована в будущих системах беспроводной связи.

Исследование опубликовано в журнале Applied Physics Letters.