QCL頻率梳或是Wi-Fi的未來

當前Wi-Fi和蜂窩數(shù)據(jù)流量呈指數(shù)級增長，但是除非無線鏈路容量切實實現(xiàn)了增加，那么指數(shù)級增長的流量勢必會導致很多問題。而即將推出的5G網(wǎng)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?shù)臄?shù)據(jù)可以比現(xiàn)在的無線速度快數(shù)百倍。

哈佛大學工程和應用科學學院(SEAS)研究人員發(fā)現(xiàn)，量子級聯(lián)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(fā)現(xiàn)了量子級聯(lián)激光器(QCL)頻率梳的一種新現(xiàn)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(fā)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(xiàn)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(tǒng)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(fā)射單一頻率的傳統(tǒng)激光器不同，頻率梳可同時發(fā)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(fā)現(xiàn)，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?？梢詮耐獠繉@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(fā)送兩條不同的信息，并在通信鏈路的另一端成功實現(xiàn)信息的檢索。”

哈佛技術開發(fā)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(yè)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(fā)現(xiàn)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。”

相關研究成果已發(fā)表在Optica期刊上。