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激光频率梳可能是Wi-Fi的未来

2019-04-18 11:51:17   来源:

Wi-Fi和蜂窝数据流量呈指数级增长,但除非无线链路容量增加,否则所有流量都必然导致不可接受的瓶颈。

即将推出的5G网络是临时修复,但不是长期解决方案。为此,研究人员将重点放在太赫兹频率上,即亚毫米波长的电磁波谱。以太赫兹频率传输的数据可以比现在的无线速度快数百倍。

2017年,哈佛John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员发现,量子级联激光器中的红外频率梳可以提供一种产生太赫兹频率的新方法。现在,这些研究人员发现了一种量子级联激光频率梳的新现象,它可以使这些设备充当可以有效编码信息的集成发射器或接收器。

该研究发表在Optica上。

“这项工作代表了激光器操作方式的完整范式转变,”应用物理学教授罗伯特·L·华莱士和电子工程高级研究员Vinton Hayes及该论文的高级作者Federico Capasso说。“这种新现象将激光器 - 一种在光学频率下工作的设备 - 转换为微波频率的先进调制器,这对于有效利用通信系统中的带宽具有技术意义。”

频率梳是广泛使用的高精度工具,用于测量和检测光的不同频率 - 也就是颜色。与发射单一频率的传统激光器不同,这些激光器同时发射多个频率,均匀间隔以类似于梳齿。如今,光学频率梳用于测量特定分子的指纹到探测远处的系外行星。

然而,这项研究对激光的光输出不感兴趣。

“我们对激光内部的激光电子骨架感兴趣,”SEAS的博士后研究员,该论文的第一作者Marco Piccardo说。“我们首次展示了光波长激光器作为微波器件。”

在激光器内部,不同频率的光一起拍打以产生微波辐射。研究人员发现,激光腔内的光会使电子以微波频率振荡 - 这些频率在通信频谱内。可以从外部调制这些振荡以将信息编码到载波信号上。

“此功能以前从未在激光器中得到证实,”Piccardo说。“我们已经证明,激光器可以作为所谓的正交调制器,允许两个不同的信息通过单个频道同时发送,并在通信链路的另一端连续检索。”

“目前,由于带宽有限,太赫兹光源有严重的局限性,”卡帕索说。“这一发现开辟了频率梳的一个全新方面,并可能在不久的将来引领太赫兹无线通信源。”

本文由Dmitry Kazakov(哈佛),Noah A. Rubin(哈佛),Paul Chevalier(哈佛),Yongrui Wang(德克萨斯A&M),Feng Xie(Thorlabs),Kevin Lascola(Thorlabs)和Alexey Belyanin(德克萨斯)共同撰写。上午)。该研究得到了国防高级研究项目和国家科学基金会的支持。