来自哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院的研究人员首次通过半导体激光器无线传输了Dean Martin的经典歌曲“Volare”的录音,这是激光首次被用作无线电频率发射器。在一篇发表于《美国国家科学院院刊》的论文中,研究人员展示了一种能够无线发射微波、调制微波并接收外部无线电频率信号的激光器。这项研究为新型混合电子-光子器件打开了大门,是迈向超高速Wi-Fi的第一步。
这项研究基于Capasso实验室的先前工作。2017年,研究人员发现量子级联激光器中的红外频率梳可以用于生成太赫兹频率,这些亚毫米波长的电磁波谱可以使数据传输速度比当今的无线平台快数百倍。2018年,该团队发现量子级联激光器频率梳还可以作为集成发射器或接收器,有效地编码信息。现在,研究人员已经找到了一种从激光频率梳中提取和传输无线信号的方法。
与发射单一频率光的传统激光器不同,激光频率梳同时发射多个频率的光,均匀间隔,类似于梳子的齿。2018年,研究人员发现激光器内部的这些不同频率的光相互作用,产生了微波辐射。激光腔内的光使电子以微波频率振荡,这些频率在通信频谱范围内。如果想要使用这种设备进行Wi-Fi通信,就需要能够在微波信号中加入有用信息并从设备中提取这些信息。为了传输微波信号,新设备首先需要一个天线。
研究人员在设备的顶部电极上刻了一个缝隙,创建了一个偶极子天线。接下来,他们调制频率梳,将信息编码在由梳子光相互作用产生的微波辐射上。然后,使用天线,微波从设备中辐射出来,包含编码信息。无线电信号由喇叭天线接收,过滤后发送到计算机。研究人员还展示了激光无线电可以接收信号。该团队能够使用来自另一设备的微波信号远程控制激光器的行为。这种集成的全合一设备在无线通信中具有巨大潜力。
虽然太赫兹无线通信的梦想仍然遥不可及,但这项研究提供了一条清晰的路线图,展示了如何实现这一目标。