Частотные гребенки квантовых каскадных лазеров: следующая революция в скорости WiFi

Ученые разработали технику генерации терагерцовых частот через инфракрасную частотную гребенку в квантовом каскадном лазере.

Данные, передаваемые в этом диапазоне, могут двигаться более чем в 100 раз быстрее существующих беспроводных сетей.

Это первый раз, когда продемонстрировано, что лазер способен действовать как квадратурный модулятор.

Инфракрасная частотная гребенка в квантовом каскаде

В 2017 году исследователи Гарвардского университета разработали технику генерации терагерцовых частот через частотную гребенку [инфракрасную] в квантовом каскадном лазере. Теперь они разработали новый механизм частотных гребенок квантовых каскадных лазеров, который позволяет оборудованию действовать как интегрированный приемник или передатчик для эффективного кодирования данных.

Эта техника конвертирует оборудование, работающее на оптических длинах волн, в передовые модуляторы на микроволновых длинах волн. Это позволяет устройству эффективно использовать пропускную способность сети. Это полностью меняет то, как работает лазер.

Что такое частотные гребенки?

Оптическая частотная гребенка — это источник лазера, спектр которого содержит серию дискретных [равномерно распределенных] частотных линий. Она широко используется для точного измерения и обнаружения разных частот света. В отличие от традиционного лазера — излучающего свет одной длины волны — этот излучает свет на нескольких длинах волн одновременно.

Она называется частотной гребенкой, потому что эти лучи множественных частот равномерно распределены и напоминают зубчики гребенки. В настоящее время мы используем эти оптические частотные гребенки почти для всего: от поиска далекых экзопланет до анализа отпечатков пальцев определенных молекул.

Однако исследование не касается оптического выхода лазера. Ученые были заинтересованы в том, что происходит внутри электронной структуры лазера. Они продемонстрировали, что оптический лазер может функционировать как микроволновый прибор.

Как это работает?

Множественные длины волн лазерного света биются вместе, создавая микроволновое излучение. Свет, присутствующий в лазерной полости, заставляет электроны осциллировать на разных микроволновых длинах волн. Эти длины волн попадают в тот же спектр, который используется для коммуникаций. Чтобы закодировать данные на несущий сигнал, можно внешне модулировать эти осцилляции.

По словам исследователей, никто не делал этого раньше. Это первый раз, когда продемонстрировано, что лазер способен действовать как квадратурный модулятор, что позволяет передавать 2 разных потока данных одновременно, используя один частотный канал.

Кроме того, беспроводной сигнал может быть выведен в свободное пространство путем интеграции антенн в лазер. Это сделает квантовый каскадный лазер унибоди-модулятором и передатчиком.

В настоящее время источники терагерцового излучения имеют критические ограничения из-за ограниченной полосы пропускания. Это исследование открывает потенциальный путь для нового типа квадратурных миксеров, которые могут быть легко интегрированы в архитектуры беспроводной связи следующего поколения.