Peignes de fréquence laser à cascade quantique : la prochaine révolution du WiFi

Des scientifiques développent une technique générant des fréquences térahertz via un peigne de fréquence infrarouge dans un laser à cascade quantique.

Données voyageant dans cette bande : >100x plus vite que réseaux sans fil actuels.

Première démonstration qu'un laser peut agir comme modulateur en quadrature.

Contexte : saturation du sans-fil

Données cellulaires et trafic WiFi croissent énormément. 2020 : >50 milliards appareils WiFi dans le monde. Vitesse limitée par capacité réseaux sans fil, trafic → goulots d'étranglement intolérables.

5G : solution temporaire déployée 2018+. Ondes millimétriques : jusqu'à 20 Gbit/s. Pas solution long terme.

Focus sur bande submillimétrique : fréquences térahertz. Longueurs d'onde 1 mm à 0,1 mm ; données >100x plus vite que réseaux actuels.

Peigne de fréquence infrarouge dans laser à cascade quantique

2017 : Harvard développe technique générant térahertz via peigne de fréquence [infrarouge] dans laser à cascade quantique. Maintenant : nouveau mécanisme peignes de fréquence laser à cascade quantique permettant aux équipements d'agir comme récepteur/émetteur intégré, encodant données efficacement.

Cette technique convertit équipements fonctionnant à longueur d'onde optique en modulateurs avancés à longueur d'onde micro-onde. Utilisation bande passante réseau efficace. Transforme complètement le fonctionnement d'un laser.

Qu'est-ce qu'un peigne de fréquence ?

Source laser dont le spectre contient une série de lignes de fréquence discrètes [équidistantes]. Utilisé pour mesurer/détecter précisément différentes fréquences de lumière. Contrairement laser traditionnel (longueur d'onde unique), celui-ci émet multiple longueurs d'onde simultanément.

Nom « peigne » : lumières multi-fréquences équidistantes ressemblent à dents de peigne. Aujourd'hui utilisés pour tout : exoplanètes lointaines, empreintes digitales molécules.

Mais la recherche ne porte pas sur la sortie optique du laser. Intérêt : structure électronique interne. Démonstration : laser optique peut fonctionner comme instrument micro-onde.

Référence : OSAPublishing | doi:10.1364/OPTICA.5.000475 | Harvard

Comment ça marche ?

Les multiples longueurs d'onde de la lumière laser battent ensemble pour produire rayonnement micro-onde. La lumière dans la cavité laser déclenche oscillations d'électrons à différentes longueurs d'onde micro-onde. Ces longueurs d'onde tombent dans le spectre utilisé pour communications. Pour encoder données sur porteuse, on peut moduler externement ces oscillations.

Selon chercheurs, personne n'avait fait cela. Première démonstration qu'un laser agit comme modulateur en quadrature : 2 données différentes transférées simultanément sur un même canal fréquentiel.

Signal sans fil pourrait être découplé dans l'espace libre en intégrant antennes dans le laser. Laser à cascade quantique = modulateur et émetteur unibody.

Actuellement, sources rayonnement térahertz ont limitations critiques (bande passante limitée). Cette recherche ouvre voie potentielle pour nouveaux mélangeurs en quadrature, intégrables architectures sans fil nouvelle génération.