Halbleiterlaser emittieren jetzt Mikrowellen und empfangen Funksignale – Weg zu Ultra-Schnellem Wi-Fi

Wissenschaftler senden und empfangen Informationen via Halbleiterlaser. Diese Forschung könnte Entwicklung hybrider elektronisch-photonischer Geräte sowie ultrahochschnelles Wi-Fi vorantreiben.

Funktionsweise

Kohärente Lichtquellen wie Halbleiterlaser erzeugen Spektrum mit gleichmäßig verteilten, diskreten Frequenzlinien. Viele Frequenzkamm-Anwendungen – Metrologie, Spektroskopie – nutzen direkt Laseroutput. In Mikrowellenphotonik wird Frequenzkamm-Output an schnellen Photodetektor übertragen und zur Mikrowellengenerierung genutzt.

2017 fand Harvard-Team: Terahertz-Frequenzen generierbar via Infrarot-Frequenzkamm in Quantenkaskadenlaser. 2018: Diese Frequenzkämme fungieren auch als integrierte Empfänger/Sender für effiziente Datenkodierung.

Nun fanden sie Methode, um drahtlose Signale aus Quantenkaskadenlaser-Frequenzkämmen zu extrahieren/senden. Sie demonstrierten Laser, der Mikrowellen drahtlos emittiert/moduliert und Signale auf Radiofrequenzen empfängt. Ergebnisse könnten hybride elektronisch-photonische Geräte und ultrahochschnelles Wi-Fi vorantreiben.

Technische Details

Traditionelle Laser emittieren Einzelfrequenzlicht. Laser-Frequenzkämme stoßen mehrere Frequenzen gleichzeitig aus – gleichmäßig verteilt, wie Zinken eines Kamms.

Im Laser schlagen verschiedene Frequenzen zusammen, erzeugen Mikrowellenstrahlung. Licht im Laserkavität bewirkt Elektronenschwingungen auf Frequenzen im Kommunikationsspektrum.

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

Team entwickelte neues Gerät, das Daten in Mikrowellensignale legt und drahtlos sendet. Dazu schufen sie Dipolantenne durch Ätzen einer Lücke in die obere Elektrode.

Gerät emittiert/moduliert Mikrowellen drahtlos via Frequenzkamm. «Schläge» aus Laser ähneln Gemälde (rechts). | Mit freundlicher Genehmigung Marco Piccardo / Harvard SEAS

Zur Datencodierung auf Mikrowellenstrahlung modulierten Forscher Frequenzkamm. Strahlung wird über Dipolantenne ausgesendet. Hornantenne empfängt Funksignal, filtert und überträgt an Computer.

Laser-Radio kann auch Signale empfangen. Zur Demonstration: Forscher steuerten Laserverhalten drahtlos via Signale anderer Geräte. Sie sendeten Lied drahtlos an Empfänger.

Insgesamt könnte Technologie für zukünftige drahtlose Kommunikation extrem nützlich sein. Obwohl Terahertz-drahtlose Kommunikation noch fern, bietet diese Arbeit guten Fahrplan, wie man dorthin gelangt.