第一台激光无线电发射器

你从来没有听过Dean Martin这样的话。

来自哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院的研究人员通过半导体激光器无线传输了马丁经典“Volare”的录音 - 这是第一次将激光用作射频发射器。

研究人员在“美国国家科学院院刊”上发表的一篇论文中展示了一种可以无线发射微波,调制它们并接收外部射频信号的激光器。

“该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,”应用物理学教授Robert L. Wallace和Vinton Hayes高级研究员Federico Capasso说。在SEAS的电气工程和该研究的高级作者。

这项研究建立在Capasso实验室以前的工作基础之上。2017年,研究人员发现,量子级联激光器中的红外频率梳可用于产生太赫兹频率,亚毫米波长的电磁频谱可以比现在的无线平台快数百倍地传输数据。在2018年,该团队发现量子级联激光频率梳还可以作为集成发射器或接收器来有效地编码信息。

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。

与发射单一频率的光的传统激光器不同,激光频率梳同时发射多个频率,均匀间隔以类似于梳齿。在2018年,研究人员发现,在激光器内部,不同频率的光线一起拍打产生微波辐射。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内。

“如果你想将这个设备用于Wi-Fi,你需要能够在微波信号中输入有用的信息,并从设备中提取信息,”SEAS的博士后研究员,该论文的第一作者Marco Piccardo说。 。

新设备传输微波信号所需的第一件事就是天线。因此,研究人员在设备的顶部电极上蚀刻了一个间隙,创建了一个偶极天线(就像旧电视顶部的兔耳)。接下来,他们调制频率梳以编码关于由梳子的拍打光产生的微波辐射的信息。然后,使用天线,微波从设备辐射出来,包含编码信息。无线电信号由喇叭天线接收,过滤并发送到计算机。

研究人员还证明激光无线电可以接收信号。该团队能够使用来自其他设备的微波信号远程控制激光器的行为。

“这种一体化的集成设备为无线通信带来了巨大希望,”Piccardo说。“虽然太赫兹无线通信的梦想还有很长的路要走,但这项研究提供了一个清晰的路线图,展示了如何实现这一目标。”

哈佛技术开发办公室保护了与该项目有关的知识产权,并正在探索商业化机会。

这项研究由Michele Tamagnone,Benedikt Schwarz,Paul Chevalier,Noah A. Rubin,Yongrui Wang,Christine A. Wang,Michael K. Connors,Daniel McNulty和Alexey Belyanin共同撰写。它得到了国家科学基金会的部分支持。