Лазеры теперь могут излучать микроволны и принимать внешние радиочастотные сигналы

• Ученые отправляют и получают информацию с помощью полупроводникового лазера.
• Это исследование может помочь в разработке гибридного электронно-звукового оборудования, а также сверхскоростного Wi-Fi.

Когерентные источники света, такие как полупроводниковые лазеры, могут создавать спектр, содержащий равномерно разнесенные дискретные частоты линий. Многие приложения частотной гребенки, включая метрологию и спектроскопию, напрямую используют выход этих лазеров. В микроволновой фотонике выходной сигнал частотной гребенки передается на быстрый фотодетектор и используется для генерации микроволн.

В 2017 году исследовательская группа из Гарвардского университета обнаружила, что терагерцовые частоты можно генерировать с помощью гребенки инфракрасных частот в квантовом каскадном лазере. В 2018 году они обнаружили, что эти частотные гребенки также могут действовать как интегрированные приемники или передатчики для эффективного кодирования данных.

Теперь они нашли метод, который может извлекать и отправлять беспроводные сигналы из квантовых каскадных лазерных частотных гребенок. В этой работе они смогли продемонстрировать лазер, который может без проводов излучать и модулировать микроволны, а также принимать сигналы на радиочастотах. Полученные данные могут помочь в разработке гибридного электронно-звукового оборудования, а также сверхвысокоскоростного Wi-Fi.

Как это работает?

Традиционные лазеры излучают свет той же частоты, тогда как гребенки лазерных частот могут излучать несколько частот одновременно. Эти частоты расположены на равном расстоянии друг от друга, напоминая зубцы гребешка.

Внутри лазера разные частоты бьются вместе, генерируя микроволновое излучение. Свет внутри лазерного резонатора заставляет электроны колебаться на частотах, лежащих в пределах спектра связи.

Ссылка:PNAS | DOI:10.1073 / pnas.1903534116 | Гарвардское море

Команда разработала новое устройство, которое может помещать данные в микроволновые сигналы и передавать их по беспроводной сети. Для этого они создали дипольную антенну, протравив зазор в верхнем электроде устройства.

Устройство излучает и модулирует микроволны по беспроводной сети с помощью частотной гребенки. «Удары», испускаемые лазером, напоминают картину (справа). | Предоставлено Марко Пиккардо / Harvard SEAS

Чтобы закодировать данные о микроволновом излучении, исследователи модулировали частотную гребенку. Излучение выходит из устройства через дипольную антенну. Затем рупорная антенна принимала радиосигнал, который затем фильтровался и передавался на компьютер.

Лазерное радио также может принимать сигналы. Чтобы продемонстрировать это, исследователи контролировали поведение лазера по беспроводной сети, используя сигналы от другого устройства. Они отправили песню на приемник по беспроводной сети.

Ссылка:при каких условиях нанолазеры считаются настоящими лазерами?

В целом эта технология может быть чрезвычайно полезной для беспроводной связи будущего. Хотя мы еще далеки от достижения беспроводной связи в терагерцовом диапазоне, эта работа предлагает отличную дорожную карту, объясняющую, как этого добиться.