O tráfego de dados de celular e Wi-Fi está aumentando exponencialmente, mas, a menos que a capacidade dos links sem fio possa ser aumentada, todo esse tráfego está fadado a levar a gargalos inaceitáveis.

As próximas redes 5G são uma solução temporária, mas não uma solução de longo prazo. Por isso, pesquisadores se concentraram em frequências terahertz, os comprimentos de onda submilimétricos do espectro eletromagnético. Os dados que trafegam em frequências terahertz podem se mover centenas de vezes mais rápido do que a rede sem fio de hoje.

Em 2017, pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson descobriram que um pente de frequência infravermelho em um laser em cascata quântica poderia oferecer uma nova maneira de gerar frequências terahertz. Agora, esses pesquisadores descobriram um novo fenômeno de pentes de frequência de laser em cascata quântica, o que permitiria a esses dispositivos atuarem como transmissores ou receptores integrados que podem codificar informações de maneira eficiente.

A pesquisa é publicada em Optica .

"Este trabalho representa uma mudança completa de paradigma para a forma como um laser pode ser operado, "disse Federico Capasso, Robert L. Wallace Professor de Física Aplicada e Vinton Hayes Pesquisador Sênior em Engenharia Elétrica e autor sênior do artigo. "Este novo fenômeno transforma um laser - um dispositivo operando em frequências ópticas - em um modulador avançado em frequências de micro-ondas, que tem um significado tecnológico para o uso eficiente de largura de banda em sistemas de comunicação. "

Os pentes de frequência são amplamente utilizados, ferramentas de alta precisão para medir e detectar frequências diferentes — a.k.a. cores - de luz. Ao contrário dos lasers convencionais, que emitem uma única frequência, esses lasers emitem várias frequências simultaneamente, espaçados uniformemente para se parecer com os dentes de um pente. Hoje, pentes de frequência óptica são usados ​​para tudo, desde medir as impressões digitais de moléculas específicas para detectar exoplanetas distantes.

Essa pesquisa, Contudo, não estava interessado na saída óptica do laser.

"Estávamos interessados ​​no que acontecia dentro do laser, no esqueleto do elétron do laser, "disse Marco Piccardo, um pós-doutorado na SEAS e primeiro autor do artigo. "Nós mostramos, pela primeira vez, um laser em comprimentos de onda ópticos opera como um dispositivo de micro-ondas. "

Dentro do laser, as diferentes frequências de luz batem juntas para gerar radiação de microondas. Os pesquisadores descobriram que a luz dentro da cavidade do laser faz os elétrons oscilarem nas frequências de microondas - que estão dentro do espectro de comunicações. Essas oscilações podem ser moduladas externamente para codificar informações em um sinal de portadora.

"Essa funcionalidade nunca foi demonstrada em um laser antes, "disse Piccardo." Nós mostramos que o laser pode atuar como um chamado modulador de quadratura, permitindo que duas informações diferentes sejam enviadas simultaneamente através de um único canal de frequência e sejam recuperadas sucessivamente na outra extremidade de um link de comunicação. "

"Atualmente, fontes terahertz têm sérias limitações devido à largura de banda limitada, "disse Capasso." Esta descoberta abre um aspecto inteiramente novo de pentes de frequência e pode levar, no futuro próximo, a uma fonte terahertz para comunicações sem fio. "