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QCL頻率梳或是Wi-Fi的未來

2018-12-10 11:01:48

導讀: 頻率梳是廣泛使用的高精度工具,用于測量和檢測不同頻率的光。與發射單一頻率的傳統激光器不同,頻率梳可同時發射多個頻率,均勻間隔以類似于梳齒。

當前Wi-Fi和蜂窩數據流量呈指數級增長,但是除非無線鏈路容量切實實現了增加,那么指數級增長的流量勢必會導致很多問題。而即將推出的5G網絡也只是一個暫時性解決方案。

研究人員目前正通過對太赫茲頻率 - 電磁波頻譜的亞毫米波長進行研究,以便研究出長期解決方案。以太赫茲頻率傳輸的數據可以比現在的無線速度快數百倍。

哈佛大學工程和應用科學學院(SEAS)研究人員發現,量子級聯激光器中的紅外頻率梳可以提供一種產生太赫茲頻率的新方法。他們還發現了量子級聯激光器(QCL)頻率梳的一種新現象,這種頻率梳可以使這些設備充當有效編碼信息的集成發射器或接收器。

應用物理學教授Federico Capasso表示:“這項研究工作代表了激光器操作方式的完整范式轉變。這種新現象能將激光器(一種以光學頻率工作的設備)轉換為微波頻率的高級調制器,這對于有效利用通信系統中的帶寬具有極大的技術意義。”

頻率梳是廣泛使用的高精度工具,用于測量和檢測不同頻率的光。與發射單一頻率的傳統激光器不同,頻率梳可同時發射多個頻率,均勻間隔以類似于梳齒。光學頻率梳用于包括從測量特定分子指紋到探測遠處的系外行星。

而該SEAS研究代表了激光器操作方式的完整范式轉變。然而,研究人員對激光的光輸出不感興趣。

SEAS博士后研究員兼該論文的第一作者Marco Piccardo指出:“我們對激光器內部、激光器的電子框架的變化有很大的興趣。我們首次展示了光波長的激光器可以作為微波器件運作。”

在該激光器內,不同頻率的光同步運作可產生微波輻射。研究人員發現,激光腔內的光會使電子以微波頻率振蕩,而這些頻率都在通信頻譜內。可以從外部對這種振蕩進行調制以將信息編碼到載波信號上。Capasso表示,如果操作妥當,QCL就是自然的頻率梳。Capasso指出:“我們稱之為諧波梳。它們不是非常接近的模式,而是相距甚遠。而且它們還是可調的,這就為我們的研究開辟了一個全新的視角。以前從未在激光器中證明過這種功能。我們已經證明,激光器可以充當所謂的正交調制器,允許通過單個頻率信道同時發送兩條不同的信息,并在通信鏈路的另一端成功實現信息的檢索。”

哈佛技術開發辦公室對與該項目有關的知識產權實行了包括措施 ,并正在探索商業化機會。

Capasso表示:“目前,由于帶寬有限,太赫茲光源有很大的局限性。這一發現為頻率梳開辟了全新應用領域,或許在不久的將來會成為太赫茲無線通信源。”

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