激光光頻梳可能是Wi-Fi技術發展的未來

2019-05-15 09:19:19

在量子級聯激光器中的紅外頻率梳內部,不同頻率的光一起拍打產生了微波輻射。Wi-Fi和蜂窩數據流量呈指數增長,但除非能夠增加無線連接的容量,否則未來的無線數據傳輸將面臨瓶頸。即將推出的5G網絡是一個臨時解決方案,但不是一個長期解決方案。為此,研究人員專注于太赫茲頻率,即電磁波譜的亞毫米波長。以太赫茲頻率傳播的數據可能比現在的無線傳輸速度快數百倍。

2017年,哈佛大學John A. Paulson工程與應用科學學院(SEAS)的研究人員發現,量子級聯激光器中的紅外頻率梳可以提供產生太赫茲頻率的新方法。現在,這些研究人員已經發現了一種新的量子級聯激光梳齒現象,這種現象可以使這些器件能夠充當有效編碼信息的集成發射器或接收器。

最新一期的《光學》雜志刊登了這項發現。

應用物理學家Federico Capasso說:“這項研究將激光器(一種工作在光學頻率的器件)轉變為微波頻率下的高級調制器,這對通信系統中的帶寬的有效利用產生出了技術層面的實際意義。”

頻率梳是廣泛使用的高精度工具,用于測量和檢測不同頻率(又稱顏色)。與傳統的激光器發射單一頻率不同,這些激光器同時發射多個頻率,均勻間隔以模仿梳齒。今天,從測量特定分子的指紋到檢測遙遠的系外行星, 光頻梳被用于各種領域。

然而,這項研究對激光器的光輸出不感興趣。

博士后研究員Marco Piccardo說:“我們對激光器內部發生的事情感興趣,包括激光器的電子骨架。我們首次展示了一種在光學波長上的激光器微波器件。”

在激光器內部,不同頻率的光一起拍打產生微波輻射。研究人員發現,激光腔內的光導致電子以微波頻率振蕩。這些振蕩可以被外部調制以將信息編碼到載波信號上。

Piccardo說:“這種功能以前從未在激光中得到證實。我們已經證明,激光器可以充當所謂的正交調制器,允許通過單一頻率信道同時發送兩條不同的信息,并在通信鏈路的另一端連續進行檢索。目前,由于有限的帶寬,太赫茲信號源具有嚴重的局限性,這一發現為頻率梳開辟了一個全新的發展方向,并可能在不久的將來導致無線通信的太赫茲源出現。”


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