當(dāng)前Wi-Fi和蜂窩數(shù)據(jù)流量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，但是除非無線鏈路容量切實(shí)實(shí)現(xiàn)了增加，那么指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的流量勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致很多問題。而即將推出的5G網(wǎng)絡(luò)也只是一個(gè)暫時(shí)性解決方案。

研究人員目前正通過對(duì)太赫茲頻率 - 電磁波頻譜的亞毫米波長(zhǎng)進(jìn)行研究，以便研究出長(zhǎng)期解決方案。以太赫茲頻率傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以比現(xiàn)在的無線速度快數(shù)百倍。

哈佛大學(xué)工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)研究人員發(fā)現(xiàn)，量子級(jí)聯(lián)激光器中的紅外頻率梳可以提供一種產(chǎn)生太赫茲頻率的新方法。他們還發(fā)現(xiàn)了量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL)頻率梳的一種新現(xiàn)象，這種頻率梳可以使這些設(shè)備充當(dāng)有效編碼信息的集成發(fā)射器或接收器。

應(yīng)用物理學(xué)教授Federico Capasso表示：“這項(xiàng)研究工作代表了激光器操作方式的完整范式轉(zhuǎn)變。這種新現(xiàn)象能將激光器(一種以光學(xué)頻率工作的設(shè)備)轉(zhuǎn)換為微波頻率的高級(jí)調(diào)制器，這對(duì)于有效利用通信系統(tǒng)中的帶寬具有極大的技術(shù)意義。”

頻率梳是廣泛使用的高精度工具，用于測(cè)量和檢測(cè)不同頻率的光。與發(fā)射單一頻率的傳統(tǒng)激光器不同，頻率梳可同時(shí)發(fā)射多個(gè)頻率，均勻間隔以類似于梳齒。光學(xué)頻率梳用于包括從測(cè)量特定分子指紋到探測(cè)遠(yuǎn)處的系外行星。

而該SEAS研究代表了激光器操作方式的完整范式轉(zhuǎn)變。然而，研究人員對(duì)激光的光輸出不感興趣。

SEAS博士后研究員兼該論文的第一作者M(jìn)arco Piccardo指出：“我們對(duì)激光器內(nèi)部、激光器的電子框架的變化有很大的興趣。我們首次展示了光波長(zhǎng)的激光器可以作為微波器件運(yùn)作。”

在該激光器內(nèi)，不同頻率的光同步運(yùn)作可產(chǎn)生微波輻射。研究人員發(fā)現(xiàn)，激光腔內(nèi)的光會(huì)使電子以微波頻率振蕩，而這些頻率都在通信頻譜內(nèi)。可以從外部對(duì)這種振蕩進(jìn)行調(diào)制以將信息編碼到載波信號(hào)上。Capasso表示，如果操作妥當(dāng)，QCL就是自然的頻率梳。Capasso指出：“我們稱之為諧波梳。它們不是非常接近的模式，而是相距甚遠(yuǎn)。而且它們還是可調(diào)的，這就為我們的研究開辟了一個(gè)全新的視角。以前從未在激光器中證明過這種功能。我們已經(jīng)證明，激光器可以充當(dāng)所謂的正交調(diào)制器，允許通過單個(gè)頻率信道同時(shí)發(fā)送兩條不同的信息，并在通信鏈路的另一端成功實(shí)現(xiàn)信息的檢索。”

哈佛技術(shù)開發(fā)辦公室對(duì)與該項(xiàng)目有關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)實(shí)行了包括措施 ，并正在探索商業(yè)化機(jī)會(huì)。

Capasso表示：“目前，由于帶寬有限，太赫茲光源有很大的局限性。這一發(fā)現(xiàn)為頻率梳開辟了全新應(yīng)用領(lǐng)域，或許在不久的將來會(huì)成為太赫茲無線通信源。”

相關(guān)研究成果已發(fā)表在Optica期刊上。