레이저는 이제 마이크로파를 방출하고 외부 무선 주파수 신호를 수신할 수 있습니다

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반도체 레이저와 같은 간섭성 광원은 균일한 간격의 개별 주파수 라인을 포함하는 스펙트럼을 생성할 수 있습니다. 계측 및 분광학을 포함한 많은 주파수 빗 응용 프로그램은 이러한 레이저의 출력을 직접 사용합니다. 마이크로파 포토닉스에서 주파수 빗의 출력은 빠른 광검출기로 전송되어 마이크로파를 생성하는 데 사용됩니다.

2017년 하버드 대학 연구팀은 양자 캐스케이드 레이저에서 적외선 주파수 빗을 통해 테라헤르츠 주파수를 생성할 수 있음을 발견했습니다. 2018년에 그들은 이러한 주파수 빗이 데이터를 효율적으로 인코딩하기 위해 통합 수신기 또는 송신기 역할을 할 수도 있음을 발견했습니다.

이제 그들은 양자 캐스케이드 레이저 주파수 빗에서 무선 신호를 추출하고 보낼 수 있는 방법을 찾았습니다. 이 작업에서 그들은 무선으로 마이크로파를 방출 및 변조하고 무선 주파수에서 신호를 수신할 수 있는 레이저를 시연할 수 있었습니다. 이 발견은 초고속 Wi-Fi 뿐만 아니라 하이브리드 전자-음속 장비의 개발에 도움이 될 수 있습니다.

어떻게 작동합니까?

기존 레이저는 동일한 주파수의 빛을 방출하는 반면 레이저 주파수 빗은 동시에 여러 주파수를 방출할 수 있습니다. 이 주파수는 빗살처럼 균일한 간격을 두고 있습니다.

레이저 내에서 서로 다른 주파수가 함께 두드려 마이크로파 방사선을 생성합니다. 레이저 캐비티 내의 빛은 전자가 통신 스펙트럼 내에 있는 주파수에서 진동하도록 합니다.

참조:PNAS | DOI:10.1073/pnas.1903534116 | 하버드 SEAS

연구팀은 데이터를 마이크로파 신호에 넣고 무선으로 전송할 수 있는 새로운 장치를 개발했습니다. 이를 위해 그들은 장치의 상단 전극에 틈을 에칭하여 다이폴 안테나를 만들었습니다.

이 장치는 주파수 빗을 사용하여 무선으로 마이크로파를 방출하고 변조합니다. 레이저에서 뿜어져 나오는 '박동'은 마치 그림과도 같다(오른쪽). | Marco Piccardo / Harvard SEAS 제공

마이크로파 복사에 대한 데이터를 인코딩하기 위해 연구원들은 주파수 빗을 변조했습니다. 방사선은 다이폴 안테나를 통해 장치에서 전송됩니다. 그런 다음 혼 안테나가 무선 신호를 수신하고 최종적으로 필터링되어 컴퓨터로 전송됩니다.

레이저 라디오도 신호를 수신할 수 있습니다. 이를 입증하기 위해 연구원들은 다른 장치의 신호를 사용하여 레이저 동작을 무선으로 제어했습니다. 그들은 수신기에 무선으로 노래를 보냈습니다.

참조:나노레이저는 어떤 조건에서 진정한 레이저로 인정됩니까?

전반적으로 이 기술은 미래의 무선 통신에 매우 유용할 수 있습니다. 테라헤르츠 무선 통신을 달성하려면 아직 멀었지만 이 작업은 거기에 도달하는 방법을 설명하는 훌륭한 로드맵을 제공합니다.