QCL频率梳或是Wi-Fi的未来

2018-08-14 11:15

来源： OFweek激光网

当前Wi-Fi和蜂窝数据流量呈指数级增长，但是除非无线链路容量切实实现了增加，那么指数级增长的流量势必会导致很多问题。而即将推出的5G网络也只是一个暂时性解决方案。

研究人员目前正通过对太赫兹频率 - 电磁波频谱的亚毫米波长进行研究，以便研究出长期解决方案。以太赫兹频率传输的数据可以比现在的无线速度快数百倍。

哈佛大学工程和应用科学学院（SEAS）研究人员发现，量子级联激光器中的红外频率梳可以提供一种产生太赫兹频率的新方法。他们还发现了量子级联激光器（QCL）频率梳的一种新现象，这种频率梳可以使这些设备充当有效编码信息的集成发射器或接收器。

应用物理学教授Federico Capasso表示：“这项研究工作代表了激光器操作方式的完整范式转变。这种新现象能将激光器（一种以光学频率工作的设备）转换为微波频率的高级调制器，这对于有效利用通信系统中的带宽具有极大的技术意义。”

频率梳是广泛使用的高精度工具，用于测量和检测不同频率的光。与发射单一频率的传统激光器不同，频率梳可同时发射多个频率，均匀间隔以类似于梳齿。光学频率梳用于包括从测量特定分子指纹到探测远处的系外行星。

而该SEAS研究代表了激光器操作方式的完整范式转变。然而，研究人员对激光的光输出不感兴趣。

SEAS博士后研究员兼该论文的第一作者Marco Piccardo指出：“我们对激光器内部、激光器的电子框架的变化有很大的兴趣。我们首次展示了光波长的激光器可以作为微波器件运作。”

在该激光器内，不同频率的光同步运作可产生微波辐射。研究人员发现，激光腔内的光会使电子以微波频率振荡，而这些频率都在通信频谱内。可以从外部对这种振荡进行调制以将信息编码到载波信号上。Capasso表示，如果操作妥当，QCL就是自然的频率梳。Capasso指出：“我们称之为谐波梳。它们不是非常接近的模式，而是相距甚远。而且它们还是可调的，这就为我们的研究开辟了一个全新的视角。以前从未在激光器中证明过这种功能。我们已经证明，激光器可以充当所谓的正交调制器，允许通过单个频率信道同时发送两条不同的信息，并在通信链路的另一端成功实现信息的检索。”

哈佛技术开发办公室对与该项目有关的知识产权实行了包括措施，并正在探索商业化机会。

Capasso表示：“目前，由于带宽有限，太赫兹光源有很大的局限性。这一发现为频率梳开辟了全新应用领域，或许在不久的将来会成为太赫兹无线通信源。”

相关研究成果已发表在Optica期刊上。