Lasers kunnen nu microgolven uitzenden en externe radiofrequentiesignalen ontvangen

• Wetenschappers verzenden en ontvangen informatie via halfgeleiderlaser.
• Dit onderzoek kan helpen bij de ontwikkeling van hybride elektronisch-fonische apparatuur en ultrasnelle wifi.

Coherente lichtbronnen zoals halfgeleiderlasers kunnen een spectrum creëren dat op gelijke afstanden, discrete frequentie van lijnen bevat. Veel frequentiekamtoepassingen, waaronder metrologie en spectroscopie, maken direct gebruik van de output van deze lasers. Bij microgolffotonica wordt de output van de frequentiekam verzonden naar een snelle fotodetector en gebruikt om microgolven te genereren.

In 2017 ontdekte een onderzoeksteam van de Harvard University dat terahertz-frequenties kunnen worden gegenereerd via een infraroodfrequentiekam in een kwantumcascadelaser. In 2018 ontdekten ze dat deze frequentiekammen ook kunnen dienen als geïntegreerde ontvangers of zenders om gegevens efficiënt te coderen.

Nu hebben ze een methode gevonden die draadloze signalen van kwantumcascadelaserfrequentiekammen kan extraheren en verzenden. In dit werk konden ze een laser demonstreren die draadloos microgolven kan uitzenden en moduleren, en signalen op radiofrequenties kan ontvangen. De bevindingen kunnen helpen bij de ontwikkeling van hybride elektronisch-fonische apparatuur en ultrasnelle wifi.

Hoe werkt het?

Traditionele lasers zenden hetzelfde frequentielicht uit, terwijl laserfrequentiekammen in staat zijn om meerdere frequenties tegelijkertijd uit te zenden. Deze frequenties zijn gelijk verdeeld en lijken op de tanden van een kam.

Binnen de laser slaan verschillende frequenties samen om microgolfstraling te genereren. Het licht in de laserholte zorgt ervoor dat elektronen oscilleren op frequenties die binnen het communicatiespectrum liggen.

Referentie:PNAS | DOI:10.1073/pnas.1903534116 | Harvard SEAS

Het team ontwikkelde een nieuw apparaat dat gegevens in de microgolfsignalen kan zetten en draadloos kan verzenden. Om dit te doen, creëerden ze een dipoolantenne door een opening in de bovenste elektrode van het apparaat te etsen.

Het apparaat zendt en moduleert microgolven draadloos met behulp van een frequentiekam. De 'beats' die uit de laser worden gestoten, lijken op een schilderij (rechts). | Met dank aan Marco Piccardo / Harvard SEAS

Om gegevens over de microgolfstraling te coderen, moduleerden onderzoekers de frequentiekam. De straling wordt door de dipoolantenne uit het apparaat gestuurd. Een hoornantenne ontving vervolgens het radiosignaal, dat uiteindelijk wordt gefilterd en naar de computer wordt verzonden.

De laserradio kan ook signalen ontvangen. Om dit aan te tonen, stuurden onderzoekers draadloos het lasergedrag met behulp van signalen van een ander apparaat. Ze stuurden een nummer draadloos naar een ontvanger.

Referentie:onder welke omstandigheden kwalificeren nanolasers zich als echte lasers?

Over het algemeen zou de technologie zeer nuttig kunnen zijn voor toekomstige draadloze communicatie. Hoewel we nog ver verwijderd zijn van het bereiken van draadloze terahertz-communicatie, biedt dit werk een geweldige routekaart die uitlegt hoe we daar kunnen komen.