美国NIST采用基于原子的无线电接收器来打造激光彩显电视

2022-09-06 09:31

美国国家科学技术研究院(NIST)的科学家们已经证明，使用处于里德堡态（Rydberg state）的铷原子作为接收器，可以接收实时视频，甚至可以玩视频游戏。据悉，NIST与DARPA一起资助了这种基于激光的显示系统的开发。

在研究过程中，他们将一个稳定的无线电信号应用到充满了处于里德堡态原子的玻璃容器中，然后将调制输出馈送到电视上，模数转换器会将信号转换为视频图形阵列格式以达到清晰显示的效果。

研究人员使用了两种不同波长的激光器在玻璃容器中制备气态里德堡态铷原子。为了能够顺利流畅地接收视频，他们在装满原子的玻璃容器上施加了稳定的无线电信号。该团队可以探测到里德堡原子中调制这种载波信号的能量转移，然后他们就将调制后的输出馈送到电视机上，模拟数字转换器则会将信号转换为视频图形阵列格式用于显示。

为了显示实时视频信号或视频游戏，他们需要利用摄像机发送的输入信号对原始载波信号进行调制，然后将其送入喇叭天线，引导其传输到原子。研究人员使用原始载波信号作为参考，并将其与通过原子检测到的最终视频输出进行比较，以评估该系统。

在这个过程中，研究人员研究了激光束的大小、功率和原子接收标准清晰度格式视频所需的检测方法。他们发现，光束的大小会影响原子在激光相互作用区内停留的平均时间。这个时间与接收器的带宽成反比——也就是说，更短的时间和更窄的波束能够产生更多的数据。这是因为原子在相互作用区进进出出，所以更小的区域会产生更高的信号“刷新率”和更好的分辨率。

NIST的研究人员发现，两种激光器的光束直径都很小(小于100微米)，而响应速度和颜色接收速度都明显更快。实验证明，该系统实现了每秒100兆比特的数据速率，能够很好地用于视频游戏和家庭互联网场景。接下来，他们准备研究如何提高系统带宽和数据速率。