激光频率梳可能是Wi-Fi的未来

Wi-Fi和蜂窝数据流量呈指数增长，但是，除非可以增加无线链接的容量，否则所有这些流量必然会导致无法接受的瓶颈。

即将到来的5G网络只是临时解决方案，而不是长期解决方案。为此，研究人员专注于太赫兹频率，即电磁频谱的亚毫米波长。以太赫兹频率传输的数据移动速度可能比当今的无线技术快数百倍。

2017年，哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员发现，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。现在，这些研究人员发现了一种量子级联激光频率梳的新现象，该现象将使这些设备能够充当可以有效地编码信息的集成发送器或接收器。

这项研究发表在Optica上。

罗伯特·华莱士(Robert L. Wallace)应用物理教授，文顿·海斯(Vinton Hayes)电机工程高级研究员，该论文的高级作者费德里科·卡帕索(Federico Capasso)说：“这项工作代表了激光操作方式的彻底改变。”“这一新现象将激光器(一种工作在光频率上的设备)转换成微波频率下的高级调制器，这对于在通信系统中有效利用带宽具有技术意义。”

频率梳是用于测量和检测光的不同频率(也称为颜色)的高精度工具。与发射单个频率的常规激光器不同，这些激光器同时发射多个频率，它们均匀分布以类似于梳子的牙齿。如今，从测量特定分子的指纹到检测遥远的系外行星，光梳已广泛用于所有领域。

但是，这项研究对激光的光学输出不感兴趣。

该论文的第一作者，SEAS的博士后研究员Marco Piccardo说：“我们对激光器内部以及激光器的电子骨架中发生的事情很感兴趣。“我们首次展示了光波长的激光作为微波设备工作。”

在激光器内部，不同频率的光会聚在一起产生微波辐射。研究人员发现，激光腔内的光会导致电子以微波频率振荡，而微波频率在通信频谱之内。这些振荡可以在外部进行调制，以将信息编码到载波信号上。

Piccardo说：“以前从未在激光上演示过此功能。”“我们已经表明，激光可以充当所谓的正交调制器，使两条不同的信息同时通过单个频道发送，并在通信链路的另一端依次被检索。”

卡帕索说：“目前，太赫兹源由于带宽有限而受到严重限制。”“这一发现打开了频率梳的一个全新的方面，并可能在不久的将来导致无线通信的太赫兹源。”

本文由Dmitry Kazakov(哈佛)，Noah A. Rubin(哈佛)，Paul Chevalier(哈佛)，Yongrui Wang(德克萨斯州A&M)，Feng Xie(Thorlabs)，Kevin Lascola(Thorlabs)和Alexey Belyanin(Texas)合着。上午)。该研究得到了国防高级研究计划和美国国家科学基金会的支持。