Les lasers peuvent désormais émettre des micro-ondes et recevoir des signaux de radiofréquence externes

• Les scientifiques envoient et reçoivent des informations via un laser à semi-conducteur.
• Cette recherche pourrait aider au développement d'équipements hybrides électro-phoniques ainsi que du Wi-Fi à très haut débit.

Les sources de lumière cohérentes telles que les lasers à semi-conducteurs peuvent créer un spectre contenant des fréquences discrètes et équidistantes de lignes. De nombreuses applications de peignes de fréquence, y compris la métrologie et la spectroscopie, utilisent directement la sortie de ces lasers. En photonique micro-ondes, la sortie du peigne de fréquence est transmise à un photodétecteur rapide et utilisée pour générer des micro-ondes.

En 2017, une équipe de recherche de l'Université Harvard a découvert que les fréquences térahertz peuvent être générées via un peigne de fréquence infrarouge dans un laser à cascade quantique. En 2018, ils ont découvert que ces peignes de fréquence peuvent également servir de récepteurs ou d'émetteurs intégrés pour encoder efficacement les données.

Maintenant, ils ont trouvé une méthode qui peut extraire et envoyer des signaux sans fil à partir de peignes de fréquence laser à cascade quantique. Dans ce travail, ils ont pu démontrer un laser capable d'émettre et de moduler sans fil des micro-ondes et de recevoir des signaux à des fréquences radio. Les résultats pourraient aider au développement d'équipements hybrides électro-phoniques ainsi que d'un réseau Wi-Fi ultra-rapide.

Comment ça marche ?

Les lasers traditionnels émettent la même fréquence de lumière, tandis que les peignes de fréquence laser sont capables d'éjecter plusieurs fréquences en même temps. Ces fréquences sont équidistantes, ressemblant aux dents d'un peigne.

Dans le laser, différentes fréquences battent ensemble pour générer un rayonnement micro-ondes. La lumière à l'intérieur de la cavité laser fait osciller les électrons à des fréquences comprises dans le spectre de communication.

Référence :PNAS | DOI :10.1073/pnas.1903534116 | MER de Harvard

L'équipe a développé un nouvel appareil capable de placer des données dans les signaux micro-ondes et de les transmettre sans fil. Pour ce faire, ils ont créé une antenne dipôle en gravant un espace dans l'électrode supérieure de l'appareil.

L'appareil émet et module des micro-ondes sans fil, à l'aide d'un peigne de fréquence. Les « battements » éjectés du laser ressemblent à une peinture (à droite). | Avec l'aimable autorisation de Marco Piccardo / Harvard SEAS

Pour coder les données sur le rayonnement micro-ondes, les chercheurs ont modulé le peigne de fréquence. Le rayonnement est envoyé par l'appareil via l'antenne dipôle. Une antenne conique a ensuite reçu le signal radio, qui est finalement filtré et transmis à l'ordinateur.

La radio laser peut également recevoir des signaux. Pour le démontrer, les chercheurs ont contrôlé sans fil le comportement du laser à l'aide de signaux provenant d'un appareil différent. Ils ont envoyé une chanson sans fil à un récepteur.

Référence :Dans quelles conditions les nanolasers peuvent-ils être considérés comme de vrais lasers ?

Dans l'ensemble, la technologie pourrait être extrêmement utile pour les futures communications sans fil. Bien que nous soyons encore loin de parvenir à une communication sans fil térahertz, ce travail offre une excellente feuille de route expliquant comment y parvenir.