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US-Forscher entwickeln Konzept für Funk-Empfang über Rydberg-Atome

Hier kommt der Atom-Funk: Ein Team in den USA hat eine neuartige Antenne entwickelt, die mit Laser-Licht und Cäsium-Atomen im angeregten Zustand funktioniert.

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US-Forscher entwickeln Konzept für Funk-Empfang über Rydberg-Atome

Das Grundkonzept für Funkantennen ist seit einem Jahrhundert fast gleich geblieben: Atome in einem Satz von Metallstäben, deren Länge der Hälfte der zu empfangenden Frequenz entspricht, werden durch Funkwellen beschleunigt; dadurch entsteht eine winzige elektrische Spannung, die sich verstärken lässt. Forscher von Rydberg Technologies im US-Bundesstaat Michigan stellen dem jetzt ein radikal neues Konzept gegenüber: Sie detektieren Funkwellen mit Hilfe eines Gases aus Atomen im sogenannten Rydberg-Zustand, wie Technology Review in "Funk-Empfang ohne Elektronik" berichtet.

Die Forscher nutzen Cäsium-Atome, in denen die äußeren Elektronen so angeregt sind, dass sie den Kern in großer Entfernung umkreisen. Bei diesen Distanzen liegen die potenziellen Energie-Niveaus der Elektronen extrem nah beieinander, was ihnen besondere Eigenschaften verleiht. Tatsächlich kann jedes kleine elektrische Feld sie von einem Niveau auf ein anderes befördern. Funkwellen wiederum bestehen aus elektrischen Wechselfeldern, die bereitwillig mit jedem Rydberg-Atom interagieren, dem sie begegnen.

Für einen Empfänger ließ sich dieses Phänomen durch eine weitere nützliche Eigenschaft des Gases aus Rydberg-Atomen nutzen: durch einen auf eine bestimmte Frequenz eingestellten Laser kann es durchsichtig gemacht werden. Jedoch hängt die Laser-Frequenz, bei der dies passiert, entscheidend von den Eigenschaften der Rydberg-Atome in dem Gas ab; wenn diese Atome mit Funkwellen interagieren, verändert sich die kritische Frequenz. Das Signal einer einfachen lichtempfindlichen Fotodiode reichte dann aus, um anzuzeigen, wie Funksignale frequenz- oder amplitudenmoduliert wurden.

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