Laserfrekvenskamme kan være fremtiden for Wi-Fi

Wi-Fi og mobildatatrafik stiger eksponentielt, men medmindre kapaciteten af ​​trådløse links kan øges, al den trafik vil medføre uacceptable flaskehalse.

Kommende 5G-netværk er en midlertidig løsning, men ikke en langsigtet løsning. For det, forskere har fokuseret på terahertz -frekvenser, submillimeterbølgelængderne i det elektromagnetiske spektrum. Data, der rejser med terahertz -frekvenser, kan bevæge sig hundredvis af gange hurtigere end dagens trådløse.

I 2017, forskere ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) opdagede, at en infrarød frekvenskam i en kvantekaskadelaser kunne tilbyde en ny måde at generere terahertz -frekvenser. Nu, disse forskere har afdækket et nyt fænomen med kvantekaskade laserfrekvenskamme, hvilket ville give disse enheder mulighed for at fungere som integrerede sendere eller modtagere, der effektivt kan kode information.

Forskningen er publiceret i Optica .

"Dette arbejde repræsenterer et komplet paradigmeskift for måden, hvorpå en laser kan betjenes, sagde Federico Capasso, Robert L. Wallace -professor i anvendt fysik og Vinton Hayes seniorforsker i elektroteknik og seniorforfatter af papiret. "Dette nye fænomen forvandler en laser - en enhed, der opererer ved optiske frekvenser - til en avanceret modulator ved mikrobølgefrekvenser, som har en teknologisk betydning for effektiv brug af båndbredde i kommunikationssystemer. "

Frekvenskamme er meget udbredt, højpræcisionsværktøjer til måling og detektering af forskellige frekvenser-a.k.a. farver - af lys. I modsætning til konventionelle lasere, som udsender en enkelt frekvens, disse lasere udsender flere frekvenser samtidigt, jævnt fordelt for at ligne tænderne på en kam. I dag, optiske frekvenskamme bruges til alt fra måling af specifikke molekylers fingeraftryk til detektion af fjerne eksoplaneter.

Denne forskning, imidlertid, var ikke interesseret i laserens optiske output.

"Vi var interesserede i, hvad der foregik inde i laseren, i laserens elektronskelet, "sagde Marco Piccardo, en postdoktor ved SEAS og første forfatter af papiret. "Vi viste, for første gang, en laser ved optiske bølgelængder fungerer som en mikrobølgeenhed. "

Inde i laseren, de forskellige lysfrekvenser slår sammen for at generere mikrobølgestråling. Forskerne opdagede, at lys inde i laserens hulrum får elektroner til at svinge ved mikrobølgefrekvenser - som er inden for kommunikationsspektret. Disse svingninger kan eksternt moduleres til at kode information på et bæresignal.

"Denne funktionalitet er aldrig blevet demonstreret i en laser før, "sagde Piccardo." Vi har vist, at laseren kan fungere som en såkaldt kvadraturmodulator, tillader, at to forskellige informationsstykker sendes samtidigt gennem en enkelt frekvenskanal og successivt kan hentes i den anden ende af et kommunikationslink. "

"I øjeblikket, terahertz -kilder har alvorlige begrænsninger på grund af begrænset båndbredde, "sagde Capasso." Denne opdagelse åbner et helt nyt aspekt af frekvenskamme og kan føre til, i den nærmeste fremtid, til en terahertz -kilde til trådløs kommunikation. "