Исследователи из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук Джона А. Полсона передали классическую запись Дина Мартина «Volare» посредством полупроводникового лазера — впервые лазер использовался как передатчик в радиочастотном диапазоне.
В статье, опубликованной в издании Proceedings of the National Academy of Sciences («Труды национальной академии наук США»), описан способ применения лазера для излучения модулированных микроволн и приёма внешних радиосигналов.
«Это исследование открывает путь к новому типу гибридных электронно-фотонных устройств, а также является первым шагом к ультраскоростным системам Wi-Fi», — говорит ведущий автор работы Федерико Капассо, профессор прикладной физики, занимающийся исследованиями в области электротехники.
Это исследование основывается на предыдущей работе лаборатории Капассо. В 2017 году учёные обнаружили, что инфракрасный частотный гребень в квантово-каскадном лазере можно использовать для получения терагерцовых частот с субмиллиметровыми длинами волн, которые способны передавать данные в сотни раз быстрее, чем существующие устройства. В 2018 году учёные показали, что такие частотные лазерные гребни могут работать как интегрированные приёмопередатчики для эффективной кодировки информации.
Теперь же исследователи придумали способ извлекать и передавать сигналы посредством частотных гребней лазера.
В отличие от обычных лазеров, излучающих на одной частоте, частотный лазерный гребень представляет одновременно множество частот — они распределены равномерно и напоминают зубья гребешка. В 2018 году было обнаружено, что внутри лазера разные частоты взаимодействуют между собой с образованием микроволнового излучения. Свет в рабочей полости лазера заставлял электроны осциллировать с микроволновыми частотами, используемыми в телекоммуникациях.
«Для того, чтобы использовать это устройство для связи Wi-Fi, надо научиться вкладывать в микроволновый сигнал полезную информацию и извлекать её», — говорит соавтор работы Марко Пиккардо.
Первое, что необходимо для передачи микроволновых сигналов — это антенна. В верхнем электроде прибора был сделан зазор, в результате получилась дипольная антенна. Затем частотный гребень был промодулирован путём кодирования информации в микроволновое излучение. Посредством антенны устройство излучает микроволны, несущие закодированную информацию; радиосигнал принимает рупорная антенна, он фильтруется и направляется в компьютер.
Также исследователи продемонстрировали, что этот лазерный передатчик способен принимать радиосигналы. Они сумели управлять поведением лазера с помощью микроволн, излучаемых другим устройством.
«Это устройство по типу «всё-в-одном» способно оказать значительное влияние на беспроводные коммуникации, — говорит Пиккардо. — Хотя до связи на терагерцовых частотах пока что далеко, данное исследование даёт ясное понимание того, как достичь этой цели».