量子级联激光频率梳：WiFi 速度的下一次革命
- 科学家开发了一种通过量子级联激光器中的红外频率梳产生太赫兹频率的技术。
- 在此频段传输的数据传输速度是现有无线网络的数百倍以上。
- 这是第一次有人证明激光器能够充当正交调制器。
蜂窝数据和 WiFi 流量正在以惊人的速度增长。到 2020 年，全球将有超过 500 亿台 WiFi 连接设备。但速度会受到无线网络容量的限制，这些设备产生的流量可能会导致难以忍受的瓶颈。
即将推出的第五代无线系统是一个临时解决方案，将于 2018 年及以后部署。其毫米波频段每秒可处理高达 20 吉比特 (Gbit/s) 的数据。然而，这似乎不是一个长期的解决方案。
因此，科学家们将重点放在电磁频谱的亚毫米波段（称为太赫兹频率）上。太赫兹波段的波长范围为1毫米至0.1毫米；在此频段传输的数据传输速度是现有无线网络的一百倍以上。
量子级联中的红外频率梳
2017年，哈佛大学的研究人员开发了一种通过量子级联激光器中的频率梳[红外]产生太赫兹频率的技术。现在他们开发了一种量子级联激光频率梳的新机制，使设备能够充当集成接收器或发射器，以有效地编码数据。
该技术将光波长下的设备转换为微波波长下的先进调制器。这允许设备有效地使用网络带宽。它彻底改变了激光器的操作方式。
什么是频率梳？
光学频率梳是一种激光源，其光谱包含一系列离散的[均匀间隔]频率线。它广泛用于精确测量和检测不同频率的光。与发射单一波长的光的传统激光不同，这种激光同时发射多个波长的光。
它被称为频率梳，因为这些多个频率的光是等间隔的，它们类似于梳齿。目前，我们几乎将这些光学频率梳用于所有事情，从寻找遥远的系外行星到分析某些分子的指纹。
然而，这项研究并不是关于激光器的光输出。科学家们对激光器电子结构内部发生的事情很感兴趣。 他们已经证明光学激光器可以用作微波仪器。
参考：OSAPublishing | doi:10.1364/OPTICA.5.000475 |哈佛大学
它是如何工作的？
图片来源：Jared Sisler / 哈佛大学
多个波长的激光一起撞击产生微波辐射。激光腔中的光触发电子以不同的微波波长振荡。这些波长属于用于通信的相同光谱。为了将数据编码到载波信号上，可以从外部调制这些振荡。
据研究人员称，以前没有人这样做过。这是第一次有人证明激光器能够充当正交调制器，可以使用一个频道同时传输 2 个不同的数据。
阅读：NASA 将使用抗干扰网络进行太空通信
此外，通过在激光器中集成天线，可以将无线信号耦合到自由空间。这将使量子级联激光器成为一体式调制器和发射器。
目前，由于带宽有限，太赫兹辐射源具有严重的局限性。 这项研究为新型正交混频器开辟了一条潜在途径，可以轻松集成到下一代无线通信架构中。
工业技术