Микроволновый сигнал, который не дрожит от помех, нужен и в радиолокации, и в телекоммуникациях. До сих пор чистый сигнал получали на громоздких установках, где лазеры и резонаторы стояли на оптическом столе. Теперь инженеры собрали всё в коробочку размером со стакан — 166 миллилитров. Внутри два лазера, оптическая полость с добротностью выше $10^8$ и чип, который превращает свет в микроволны.
Секрет в том, что оба лазера «привязаны» к одной и той же полости. Если полость чуть дрогнет от температуры или вибрации, оба лазера дрогнут одинаково, а разница их частот останется стабильной. Такой трюк убирает общий шум на 20 децибел. Полученный сигнал на частоте 10,4 гигагерца имеет фазовый шум −54 дБн/Гц при отстройке 10 Гц, −141 дБн/Гц при 10 кГц и −162 дБн/Гц при 10 МГц. Для сравнения: −162 дБн/Гц означает, что мощность шума в миллион миллионов раз меньше мощности самого сигнала.
Дальше сигнал попадает на чип из тонкоплёночного ниобата лития (TFLN). Этот материал меняет показатель преломления под действием электрического поля и умеет раскладывать свет в гребёнку частот. Чип переносит стабильность оптического сигнала в X-диапазон (8–12 ГГц) — туда, где работают радары и спутниковая связь. Раньше для такого переноса требовались отдельные громоздкие модули, теперь всё в одном флаконе.
Практическая выгода не в рекордных цифрах, а в том, что устройство можно вынести из лаборатории. Метеостанции, автономные датчики, мобильные вышки — всем им нужен точный отсчёт времени и частоты. Когда источник микроволн становится размером с ладонь, его можно ставить куда угодно, не боясь, что сигнал «поплывёт» от тряски или перепада температуры.
Фазовый шум −162 дБн/Гц на отстройке 10 МГц означает, что паразитная мощность в $10^{16}$ раз слабее полезного сигнала. Если бы полезный сигнал был ростом с Эверест, шум был бы толщиной с человеческий волос.