Первый шаг к сверхскоростному терагерцевому Wi-Fi

Исследователи Гарвардской школы технических и прикладных наук им. Джона А. Полсона (Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences — SEAS) первыми в мире использовали полупроводниковый лазер для создания канала связи. Гибридное электронно-фотонное устройство использует лазер для генерации и передачи микроволновых сигналов и в один прекрасный день может привести к появлению нового типа высокочастотной беспроводной связи. 

Разрыв в теле лазера и верхнем электроде превращает последний в дипольную антенну

Слушать, как Дин Мартин (Dean Martin) исполняет свою известную композицию «Volare» из динамика компьютера, может показаться совершенно обычной вещью, но когда вы знаете, что это первая радиопередача с использованием лазерной технологии, то вы испытываете совсем другие эмоции. Новое устройство, разработанное командой из SEAS, работает при помощи инфракрасного лазера, разделённого на пучки с разными частотами. Если обычный лазер генерирует луч на одной частоте, словно скрипка, играющая точную ноту, то созданный учёными прибор излучает множество лучей с разными частотами, которые равномерно распределены в потоке, как зубья расчёски для волос, что и дало оригинальное название прибора — инфракрасная лазерно-частотная расчёска (infrared laser frequency comb).

Общая схема эксперимента, проведённого командой SEAS

В 2018 году команда SEAS обнаружила, что «зубья» лазерной расчёски могут резонировать друг с другом, вызывая колебания электронов в резонаторе лазера в виде микроволновых частотах в радиодиапазоне. В верхнем электроде устройства есть протравленная прорезь, которая работает как дипольная антенна и выступает в роли передатчика. Изменяя параметры лазера (модулируя его), команда смогла закодировать цифровые данные в микроволновом излучении. Затем сигнал был передан до точки приёма, где он был пойман рупорной антенной, подвергнулся фильтрации и декодированию при помощи компьютера.

«Это интегрированное устройство «всё в одном» имеет большие перспективы для беспроводной связи», — говорит Марко Пиккардо (Marco Piccardo), научный сотрудник SEAS. «Хотя мечта о беспроводной связи в терагерцевом диапазона ещё далека до воплощения, это исследование даёт нам чёткую дорожную карту, показывающую куда нам нужно двигаться».

В теории подобный лазерный передатчик можно будет использовать для передачи сигнала на частоте 10–100 ГГц и вплоть до 1 ТГц, что в перспективе позволит передавать данные на скоростях до 100 Гбит/c. Исследование было опубликовано в научном журнале PNAS.