Fononinen suodatin mullistaa signaalinkäsittelyä

Uudenlaisen suodatintekniikan, jossa yhdistyvät valo- ja ääniaallot samaan rakenteeseen, odotetaan tulevaisuudessa havaitsevan paremmin tutkan ja viestinnän taajuuksia.

"Olemme kehittäneet tehokasta signaalisuodatustekniikkaa, joka voi mullistaa nykyään pelkästään tavanomaiseen elektroniikkaan perustuvia signaalinkäsittelyn järjestelmiä", toteaa Sandia National Laboratoriesin Patrick Chu.

Radiotaajuussuotimet, jotka lupailevat sekä suurta kaistanleveyttä että laajaa toiminnallista joustavuutta, muodostaisivat perustan spektrometreille, jotka antavat käyttäjien "nähdä" energiat, jotka sijoittuvat eri taajuusalueille laajalla spektrin alueella.

Uudenlaiset, erittäin ohuet suodatinrakenteet ovat vielä laboratoriovaiheessa ja ne hyödyntävät suhteellisen uutta fotoni/fononi -kytkeytymisen käsitettä.

Toisin kuin valon nopeuksilla etenevät fotonit, GHz:ien akustiset hilavärähtelyt liikkuvat hitaammin ja mahdollistavat siten informaation tallennuksen, suodatuksen ja viivästämisen suhteellisen pienillä mitta-asteikoilla hyvällä toistolaadulla.

Tutkijat toteuttivat kokeilumekanismin jossa etenevän aallon fotoni-fononin muunnos toteuttaa fononien emittointi- ja vastaanottoprosessin erillisten nanofotonisten aaltojohtojen välissä.

Ylemmässä kuvassa, kaksi vihreää piistä valmistettua valoaaltojohdetta ovat upotettu harmaaseen fotonikiteen kalvoon. Alemmassa kuvassa, violetti ja sininen käyrät edustavat optisia tulo- ja lähtösignaaleja; keltaiset käyrät edustavat fononiaaltoja.

Kuvan suodatusjärjestelmälle keskeisiä ovat kaksi materiaalia: piinitridi, josta muodostetuissa kalvoissa akustiset signaalit etenevät, ja pii, josta luodut aaltojohteet rajaavat optisia signaaleja. Tällainen kaksijakoinen järjestelmä optimoi laitteen akustisia ja optisia ominaisuuksia toisistaan riippumattomasti.

Fononisen kiteen luominen edellyttää ohutkalvomateriaalia, tässä tapauksessa piinitridiä ja sen mekaanisien ominaisuuksien muuttamista luomalla siihen kuvioita. Näin aikaansaadulla kiteellä on etenemisominaisuuksia, joita ei yleensä löydy luonnosta mekaanisille aalloille kuten äänelle.

Aiheesta aiemmin:

Valon ja äänen vuorovaikutusta