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量子级联激光频率梳:WiFi速度下一场革命

蜂窝数据和WiFi流量以巨大速率增长。2020年全球将有超500亿WiFi连接设备。但速度受无线网络容量限制,这些设备产生的流量可能导致不可容忍的瓶颈。 即将到来的第5代无线系统是临时方案,2018年起部署。其毫米波频段可处理高达20Gbit/s数据。但这似非长期解决方案。 因此,科学家聚焦电磁波谱亚毫米波段,即太赫兹频率。太赫兹波段波长1毫米至0.1毫米;此频段数据传输速度比现有无线网络快百倍以上。

量子级联激光中的红外频率梳

2017年,哈佛大学研究人员开发通过量子级联激光中的红外频率梳产生太赫兹频率的技术。现在他们开发出量子级联激光频率梳新机制,使设备能作为集成接收器或发射器,有效编码数据。

此技术将光波长工作设备转为微波波长高级调制器。允许设备高效利用网络带宽。彻底改变激光操作方式。

什么是频率梳?

光频率梳是激光源,其光谱包含一系列离散(等间距)频率线。广泛用于精确测量和检测不同光频率。不同于传统激光——发射单波长光——它同时发射多波长光。

因这些多频率光等间距,类似梳子齿,故称频率梳。目前我们几乎用光频率梳做一切:从寻找遥远系外行星到分析特定分子指纹。

然而,研究非关激光光学输出。科学家对激光电子结构内部发生的事感兴趣。他们演示了光学激光可作为微波仪器工作。

如何工作?

激光的多波长光拍频产生微波辐射。激光腔内光触发电子在不同微波波长振荡。这些波长落于通信使用的同一频谱。为将数据编码到载波信号,可外部调制这些振荡。

据研究人员称,无人曾做此事。这是首次演示激光能充当正交调制器,使单频率信道同时传输两路不同数据。

此外,通过在激光中集成天线,无线信号可耦合到自由空间。这将使量子级联激光成为一体化调制器和发射器。

目前,太赫兹辐射源因带宽限制有严重局限。此研究为新型正交混频器开辟潜在路径,可轻松集成进下一代无线通信架构。

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