首次實現半導體激光器傳輸數據，開啟超高速Wi-Fi大門！

你從來沒聽迪安·馬丁這麼說過，哈佛大學約翰·a·保爾森工程與應用科學學院的研究人員通過半導體激光器無線傳輸了馬丁經典作品《Volare》的錄音，這是激光首次被用作無線頻率發射器。在2019年4月24日《美國國家科學院院刊》上發表的一篇論文中，研究人員展示了一種可以無線發射微波、調節微波並接收外部射頻信號的激光器。

羅伯特l華萊士(Robert L. Wallace)應用物理學教授、海洋大學(SEAS)電子工程高級研究員、該研究的高級作者費德里科卡帕索(Federico Capasso)說：這項研究為新型混合電子-光子器件打開了大門，是邁向超高速Wi-Fi的第一步。這項研究建立在Capasso實驗室之前的研究基礎上，2017年研究人員發現量子級聯激光器中的紅外頻率梳可以用來產生太赫茲頻率，即電磁頻譜的亞毫米波，其傳輸數據的速度可以比現在的無線平台快數百。

該設備使用頻率梳激光發射和無線調製微波，激光利用不同頻率的光相互撞擊產生微波輻射，研究人員利用這種現象將一首歌無線發送到接收器。圖片：Marco Piccardo/Harvard SEAS

2018年研究小組發現量子級聯激光頻率梳也可以作為綜合發射器或接收器，有效地編碼信息。現在，研究人員已經找到了一種從激光頻率梳中提取和傳輸無線信號的方法。傳統激光器只發射一個頻率的光，而激光頻率梳與之不同，它同時發射多個頻率，間隔均勻，類似梳子的齒。2018年研究人員發現，在激光內部，不同頻率的光相互撞擊產生微波輻射。激光腔內的光使電子以微波頻率振蕩——這是在通信頻譜之內。

海洋研究所(SEAS)博士後、論文第一作者馬可·皮卡多(Marco Piccardo)說：如果你想把這個設備用於Wi-Fi，需要能夠把有用的信息放入微波信號中，並從設備中提取這些信息。傳輸微波信號的新設備首先需要的是天線。因此，研究人員在該設備的頂部電極上蝕刻了一個缺口，創造了一個偶極天線(就像舊電視頂部的兔耳天線)。接下來，調製頻率梳來編碼由梳的拍光產生微波輻射信息。然後，使用天線，微波從設備輻射出來，包含編碼的信息。

無線電信號由喇叭天線接收，過濾後發送到計算機。研究人員還證明了激光射電可以接收信號，研究小組能夠利用來自另一個設備的微波信號遠程控制激光行為。這種集多種功能於一體的集成設備對無線通信有著巨大的潛力。雖然太赫茲無線通信的夢想還很遙遠，但這項研究提供了一個清晰的路線圖，展示了如何實現這一目標。

博科園-科學科普｜研究/來自: 哈佛大學John A. Paulson工程與應用科學學院

參考期刊文獻:《美國國家科學院院刊》

DOI: 10.1073/pnas.1903534116

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