不帶電的原子也可以用來傳輸視頻了!
(資料圖片僅供參考)
不受電場、磁場的影響,能傳輸信號?
沒錯,不僅如此,這個“原子電視”還能實現(xiàn)實況傳輸,甚至可以用來打游戲。
話不多說,看效果!
這是美國國家標準研究所(NIST)開發(fā)出的“原子電視”,能夠使用激光和原子云接收符合 480i 分辨率標準的視頻傳輸。
研究成果已在《AVS 量子科學雜志》上發(fā)表。
不同于傳統(tǒng)的電子學,研究人員另辟蹊徑,從原子入手來探究視頻傳輸?shù)男路椒ā?/p>
其開發(fā)出的基于原子的通信系統(tǒng)噪聲容忍度更強,并且能夠增強視頻傳輸能力,更適合偏遠地區(qū)或緊急情況下的無線電系統(tǒng)。
傳輸速率也達到了 100 兆每秒,這到底是怎樣實現(xiàn)的?
原子得是高激發(fā)態(tài)
要了解“原子電視”的具體原理,得先搞明白其中的核心技術(shù)是什么?
這個項目的研究人員 Chris Holloway 道出了其中的“玄機”——Rydberg 原子 (高激發(fā)態(tài)原子):
通過 Rydberg 原子檢測輸入的信號,然后直接輸給電視。
具體來說,在“原子電視”中,有一個裝有氣態(tài)銣原子的超大尺寸玻璃容器。
其中氣態(tài)銣原子由兩種不同顏色的激光激發(fā)為 Rydberg 態(tài)。
被 Rydberg 化之后的銣原子能量變大,其中的電子進入高激發(fā)態(tài),開始以比平常大得多的距離繞原子核旋轉(zhuǎn),換句話說,被激發(fā)后的銣原子膨脹變大了。
銣原子膨脹變大意味著其對包括無線電信號在內(nèi)的電磁場更敏感,這樣一來,“原子電視”的靈敏度也就提高了。
現(xiàn)在對于“原子電視”的核心技術(shù)已經(jīng)略有了解,那在整個信號轉(zhuǎn)換的過程中,這項技術(shù)是怎樣發(fā)揮其作用的呢?
在講“原子電視”之前,先簡單了解下普通無線電接收器的原理。
普通無線電接收器在接收到電磁波信號后,通過通過變頻、中頻放大等電路對輸入信號進行處理,以保持輸出信號的穩(wěn)定,然后將信號傳給模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為視頻。
而為“原子電視”設(shè)計的無線電接收器中,將傳統(tǒng)的處理輸入信號的各種電路替換為一個裝有 Rydberg 化銣原子的玻璃容器。
經(jīng)過調(diào)制后的載波信號會經(jīng)過這個玻璃容器進行傳輸。
在玻璃容器中,調(diào)制的信號通過喇叭天線傳輸給原子,也就是說輸入的信號會與 Rydberg 化銣原子相互作用,產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)移。
接下來通過探測其中能量的變化,將這個變化轉(zhuǎn)換為輸出信號,這些信號通過一個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為視頻圖形陣列(VGA)格式,輸入到電視機中。
講了這么多,也都是在紙上談兵,具體效果到底如何呢?
傳輸速率極佳
研究團隊利用原始載波信號作為參考,并與通過原子輸出的最終視頻進行比較,對系統(tǒng)進行一系列評估。
研究發(fā)現(xiàn),激光光束的大小會影響原子在激光相互作用區(qū)的平均停留時間,而這個停留時間與接收器的帶寬成反比。
也就是說光束越小,停留的時間越短,其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就越多,最終輸出圖形的清晰度和色彩度也就越好。
從下圖就能直觀地看出,光束直徑為 85 微米(100 微米以內(nèi))時,允許色彩接收,并且分辨率也更高。
除此之外,小光束直徑還能夠提供很快的響應(yīng)速度和色彩接收:數(shù)據(jù)傳輸速率達到了每秒 100 兆,對于打游戲、看視頻或者普通家庭用網(wǎng)來說,綽綽有余了。
然而在研究過程中,“原子電視”只是用來傳輸 480i 清晰度的視頻,遠遠不能滿足我們已經(jīng)習慣看“藍光”的眼睛。
因此要真正走進生活,還有待進行更進一步的研究。
關(guān)鍵詞: 玻璃容器 視頻傳輸 高激發(fā)態(tài) 傳輸速率
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