Les guies de freqüència amb làser poden ser el futur del Wi-Fi

El tràfic de dades de la telefonia mòbil i el Wi-Fi augmenten de forma exponencial però, a no ser que es pugui augmentar la capacitat d'enllaços sense fils, tot aquest trànsit està obligat a generar colls d'ampolla inacceptables.
Les properes xarxes 5G són una solució temporal, però no a llarg termini. Per a això, els investigadors s'han centrat en les freqüències de terahertz (THz) i en les longituds d'ona de submilímetre de l'espectre electromagnètic. Les dades que viatgen a freqüències de terahertz podrien viatjar centenars de vegades més ràpid que les de les xarxes sense fils actuals.

Al 2017, els investigadors de l'Escola Harvard John A. Paulson d'Enginyeria i Ciències Aplicades (SEAS) de Cambridge, Massachusetts, van descobrir que una guia de freqüència infraroja en un làser quàntic en cascada, podria oferir una nova forma de generar freqüències de terahertz. Ara, aquests investigadors han descobert un nou fenomen quàntic de freqüència làser en cascada, que permetrien a aquests dispositius actuar com a transmissors o receptors integrats que poden codificar de forma eficient la informació.

Aquest treball representa un canvi de paradigma complet per a la manera com es pot operar un làser, segons diu Federico Capasso, professor de física aplicada al Robert L. Wallace, investigador sènior en enginyeria elèctrica del Vinton Hayes i autor principal del document: "Aquest nou fenomen transforma un làser -un dispositiu que funciona en freqüències òptiques- en un modulador avançat a freqüències de microones, que té un significat tecnològic per a un ús eficient de l'ample de banda en els sistemes de comunicació".
Les guies de freqüència són àmpliament utilitzades, eines d'alta precisió per mesurar i detectar diferents freqüències. A diferència dels làsers convencionals, que emeten una sola freqüència, aquests làsers emeten simultàniament múltiples freqüències, uniformement espaiades per assemblar-se a les pues d'una pinta. Actualment, es fan servir guies de freqüència òptica per a tot, des de la mesura de les empremtes dactilars de molècules específiques fins a per detectar exoplanetes distants.

Aquesta investigació, però, no estava interessada en la producció òptica del làser.
"Estàvem interessats en el que estava passant dins del làser, en l'esquelet d'electrònica del làser", va dir Marco Piccardo, becari postdoctoral del SEAS i primer autor del document. "Mostrem, per primera vegada, que un làser a longituds d'ona òptica funciona com a dispositiu de microones".
A l'interior del làser, les diferents freqüències de llum pugen juntes per generar radiació de microones. Els investigadors van descobrir que la llum a l'interior de la cavitat del làser fa que els electrons oscil·lin a les freqüències de microones, que es troben dins de l'espectre de comunicacions. Aquestes oscil·lacions poden ser modulades externament per codificar la informació en un senyal portador.
"Aquesta funcionalitat mai s'ha demostrat abans en un làser", va dir Piccardo. "Hem demostrat que el làser pot actuar com un modulador de quadratura anomenat, permetent enviar dos elements d'informació diferents simultàniament a través d'un únic canal de freqüència i, successivament, recuperar-se a l'altre extrem d'un enllaç de comunicació".

"Actualment, les fonts terahertz tenen serioses limitacions a causa d'un ample de banda limitat", va dir Capasso. "Aquest descobriment obre un aspecte completament nou de les pintes de freqüència i podria conduir, en un futur proper, a una font terahertz per a comunicacions sense fils".

Font: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences