第一台激光无线电发射机

你从来没有听过迪安·马丁这样的话。

这段马丁经典的“沃拉雷”录音是在激光首次被用作射频发射机时，通过半导体激光器无线传输的。

图片说明：该设备使用频率梳激光无线发射和调制微波。激光利用不同频率的光打在一起产生微波辐射。激光发出的“节拍”让人想起西班牙艺术家琼·米罗（JoanMiro）的一幅名为“布鲁二世”（BleuII）的油画（右）。研究人员利用这种现象将一首歌无线发送给一个接收器。（图片由Marco Piccardo/Harvard Seas提供）。

在发表在《美国国家科学院院院刊》上的一篇论文中，哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员展示了一种激光，它可以无线发射微波，对其进行调制，并接收外部射频信号。

“这项研究为新型的混合型电子光子器件打开了大门，是迈向超高速Wi-Fi的第一步，”罗伯特·L·华莱士应用物理学教授、维顿·海耶斯（Vinton Hayes）说，他是该项研究的资深作者，同时也是海洋电力工程高级研究员。

这项研究建立在Capasso实验室之前的工作基础上。2017年，研究人员发现，量子级联激光器中的红外频率梳可用于产生太赫兹频率，即电磁频谱中的亚毫米波长，其移动数据的速度比现在的无线数据快数百倍。2018年，研究小组发现量子级联激光频率梳还可以作为集成发射器或接收器，有效地编码信息。

现在，研究人员已经找到了一种从激光频率梳中提取和传输无线信号的方法。

与传统激光器发射单一频率的光不同，激光频率梳同时发射多个频率，间距均匀，类似于梳齿。2018年，研究人员发现，在激光器内部，不同频率的光一起跳动，产生微波辐射。激光腔内的光使电子以通信频谱内的微波频率振荡。

“如果你想将这个设备用于Wi-Fi，你需要能够在微波信号中输入有用的信息，并从设备中提取这些信息，”海洋博士后兼论文第一作者Marco Piccardo说。

新设备传输微波信号首先需要的是天线。因此，研究人员在设备的顶部电极上刻蚀了一个缺口，形成了一个偶极天线（就像旧电视顶部的兔子耳朵一样）。接下来，他们调整频率梳来编码由梳的拍频光产生的微波辐射的信息。然后，使用天线，微波从包含编码信息的设备辐射出去。无线电信号由喇叭天线接收，过滤并发送到计算机。

研究人员还证明激光无线电可以接收信号。该小组能够利用另一台设备发出的微波信号远程控制激光的行为。

Piccardo说：“这种一体式的集成设备在无线通信方面具有很大的潜力。”“虽然距离太赫兹无线通信的梦想还有一段路要走，但这项研究提供了一个清晰的路线图，显示了如何实现这一目标。”

哈佛技术发展办公室保护了与本项目有关的知识产权，并正在探索商业化的机会。

本研究由Michele Tamanone、Benedikt Schwarz、Paul Chevalier、Noah A.Rubin、Yongrui Wang、Christine A.Wang、Michael K.Connors、Daniel McNulty和Alexey Belyanin共同撰写。它得到了国家科学基金会的部分支持。