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激光光频梳可能是Wi-Fi技术发展的未来

2019-05-15 09:19:19

在量子级联激光器中的红外频率梳内部,不同频率的光一起拍打产生了微波辐射。Wi-Fi和蜂窝数据流量呈指数增长,但除非能够增加无线连接的容量,否则未来的无线数据传输将面临瓶颈。即将推出的5G网络是一个临时解决方案,但不是一个长期解决方案。为此,研究人员专注于太赫兹频率,即电磁波谱的亚毫米波长。以太赫兹频率传播的数据可能比现在的无线传输速度快数百倍。

2017年,哈佛大学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产生太赫兹频率的新方法。现在,这些研究人员已经发现了一种新的量子级联激光梳齿现象,这种现象可以使这些器件能够充当有效编码信息的集成发射器或接收器。

最新一期的《光学》杂志刊登了这项发现。

应用物理学家Federico Capasso说:“这项研究将激光器(一种工作在光学频率的器件)转变为微波频率下的高级调制器,这对通信系统中的带宽的有效利用产生出了技术层面的实际意义。”

频率梳是广泛使用的高精度工具,用于测量和检测不同频率(又称颜色)。与传统的激光器发射单一频率不同,这些激光器同时发射多个频率,均匀间隔以模仿梳齿。今天,从测量特定分子的指纹到检测遥远的系外行星, 光频梳被用于各种领域。

然而,这项研究对激光器的光输出不感兴趣。

博士后研究员Marco Piccardo说:“我们对激光器内部发生的事情感兴趣,包括激光器的电子骨架。我们首次展示了一种在光学波长上的激光器微波器件。”

在激光器内部,不同频率的光一起拍打产生微波辐射。研究人员发现,激光腔内的光导致电子以微波频率振荡。这些振荡可以被外部调制以将信息编码到载波信号上。

Piccardo说:“这种功能以前从未在激光中得到证实。我们已经证明,激光器可以充当所谓的正交调制器,允许通过单一频率信道同时发送两条不同的信息,并在通信链路的另一端连续进行检索。目前,由于有限的带宽,太赫兹信号源具有严重的局限性,这一发现为频率梳开辟了一个全新的发展方向,并可能在不久的将来导致无线通信的太赫兹源出现。”


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