Lasers agora podem emitir microondas e receber sinais de radiofrequência externos

• Cientistas enviam e recebem informações via laser semicondutor.
• Esta pesquisa pode ajudar no desenvolvimento de equipamentos híbridos eletrônicos-fônicos e também de Wi-Fi de ultra-alta velocidade.

Fontes de luz coerentes, como lasers de semicondutores, podem criar um espectro contendo frequências de linhas discretas e igualmente espaçadas. Muitas aplicações de pente de frequência, incluindo metrologia e espectroscopia, usam diretamente a saída desses lasers. Na fotônica de micro-ondas, a saída do pente de frequência é transmitida a um fotodetector rápido e usada para gerar micro-ondas.

Em 2017, uma equipe de pesquisa da Universidade de Harvard descobriu que frequências terahertz podem ser geradas por meio de um pente de frequência infravermelho em um laser em cascata quântica. Em 2018, eles descobriram que esses combs de frequência também podem atuar como receptores ou transmissores integrados para codificar dados com eficiência.

Agora, eles descobriram um método que pode extrair e enviar sinais sem fio de pentes de frequência de laser em cascata quântica. Neste trabalho, eles foram capazes de demonstrar um laser que pode emitir e modular microondas sem fio e receber sinais em frequências de rádio. As descobertas podem ajudar no desenvolvimento de equipamentos eletrônicos-fônicos híbridos, bem como de Wi-Fi de ultra-alta velocidade.

Como funciona?

Os lasers tradicionais emitem a mesma luz de frequência, enquanto os pentes de frequência do laser são capazes de ejetar várias frequências ao mesmo tempo. Essas frequências são igualmente espaçadas, lembrando os dentes de um pente.

Dentro do laser, diferentes frequências se unem para gerar radiação de micro-ondas. A luz dentro da cavidade do laser faz os elétrons oscilarem em frequências que estão dentro do espectro de comunicação.

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

A equipe desenvolveu um novo dispositivo que pode inserir dados nos sinais de microondas e transmiti-los sem fio. Para fazer isso, eles criaram uma antena dipolo gravando uma lacuna no eletrodo superior do dispositivo.

O dispositivo emite e modula microondas sem fio, usando um pente de frequência. As 'batidas' ejetadas do laser parecem uma pintura (direita). | Cortesia de Marco Piccardo / Harvard SEAS

Para codificar dados sobre a radiação de microondas, os pesquisadores modularam o pente de frequência. A radiação é enviada do dispositivo através da antena dipolo. Uma antena em forma de chifre então recebe o sinal de rádio, que é finalmente filtrado e transmitido ao computador.

O rádio a laser também pode receber sinais. Para demonstrar isso, os pesquisadores controlaram sem fio o comportamento do laser usando sinais de um dispositivo diferente. Eles enviaram uma música sem fio para um receptor.

Referência:em que condições os nanolasers se qualificam como verdadeiros lasers?

No geral, a tecnologia pode ser extremamente útil para futuras comunicações sem fio. Embora estejamos ainda muito longe de alcançar a comunicação sem fio terahertz, este trabalho oferece um grande roteiro que explica como chegar lá.