Brug af lyd og lys til at generere ultrahurtig dataoverførsel

Forskere har lavet et gennembrud i kontrollen af ​​terahertz kvantekaskadelasere, hvilket kunne føre til overførsel af data med en hastighed på 100 gigabit i sekundet - omkring tusind gange hurtigere end et hurtigt Ethernet, der opererer med 100 megabit i sekundet.

Det, der adskiller terahertz kvantekaskadelasere fra andre lasere, er det faktum, at de udsender lys i terahertzområdet af det elektromagnetiske spektrum. De har applikationer inden for spektroskopi, hvor de bruges i kemisk analyse.

Laserne kunne også i sidste ende give ultrahurtige, korte hop trådløse links, hvor store datasæt skal overføres på tværs af hospitalscampusser eller mellem forskningsfaciliteter på universiteter – eller i satellitkommunikation.

For at kunne sende data med disse øgede hastigheder, laserne skal moduleres meget hurtigt:tænde og slukke eller pulse omkring 100 milliarder gange hvert sekund.

Ingeniører og videnskabsmænd har hidtil undladt at udvikle en måde at opnå dette på.

Et forskerhold fra University of Leeds og University of Nottingham mener, at de har fundet en måde at levere ultrahurtig modulering, ved at kombinere kraften fra akustiske og lysbølger. De har offentliggjort deres resultater i dag i Naturkommunikation .

John Cunningham, Professor i nanoelektronik ved Leeds, sagde:"Dette er spændende forskning. I øjeblikket, systemet til at modulere en kvantekaskadelaser er elektrisk drevet - men det system har begrænsninger.

"Ironisk, den samme elektronik, der leverer moduleringen, sætter normalt en bremse på hastigheden af ​​moduleringen. Den mekanisme, vi udvikler, er i stedet afhængig af akustiske bølger."

En kvantekaskadelaser er meget effektiv. Når en elektron passerer gennem laserens optiske komponent, den går gennem en række 'kvantebrønde', hvor elektronens energiniveau falder, og en foton eller puls af lysenergi udsendes.

En elektron er i stand til at udsende flere fotoner. Det er denne proces, der styres under moduleringen.

I stedet for at bruge ekstern elektronik, Forskerholdene ved Leeds og Nottingham Universiteterne brugte akustiske bølger til at vibrere kvantebrøndene inde i kvantekaskadelaseren.

De akustiske bølger blev genereret af en puls fra en anden laser på en aluminiumsfilm. Dette fik filmen til at ekspandere og trække sig sammen, sende en mekanisk bølge gennem kvantekaskadelaseren.

Tony Kent, Professor i fysik i Nottingham sagde "I det væsentlige, det, vi gjorde, var at bruge den akustiske bølge til at ryste de indviklede elektroniske tilstande inde i kvantekaskadelaseren. Vi kunne så se, at dens terahertz-lysoutput blev ændret af den akustiske bølge."

Professor Cunningham tilføjede:"Vi nåede ikke en situation, hvor vi kunne stoppe og starte flowet fuldstændigt, men vi var i stand til at kontrollere lysudbyttet med nogle få procent, hvilket er en god start.

"Vi mener, at med yderligere forfining, vi vil være i stand til at udvikle en ny mekanisme til fuldstændig kontrol af fotonemissionerne fra laseren, og måske endda integrere strukturer, der genererer lyd med terahertz-laseren, så ingen ekstern lydkilde er nødvendig."

Professor Kent sagde:"Dette resultat åbner et nyt område for fysik og teknik til at mødes i udforskningen af ​​samspillet mellem terahertz-lyd- og lysbølger, som kunne have reelle teknologiske anvendelser."