来源：哈佛大学约翰保尔森工程与应用科学学院；电子科技大学太赫兹研究中心 四川太赫兹应用研究联合课题组 王玥莹 编译

在量子级联激光器中的红外频率梳内部，不同频率的光一起拍打以产生微波辐射。
图片来源：Jared Sisler /哈佛大学

    随着科技的发展，Wi-Fi和蜂窝数据流量呈指数增长，倘若不能增加无线连接的容量，我们必会面临无法接受的瓶颈。

    即将推出的5G网络是一个临时解决方案，但不是长久之计。为此，研究人员将目光投向了太赫兹频段。数据若以太赫兹频率传播，其速率可能比现在的无线传输速度快数百倍。

    早在2017年，哈佛大学约翰保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员就发现，量子级联激光器（QCL）中的红外频率梳可以提供一种产生太赫兹波的新方法。而现在，研究人员又发现了一种量子级联激光器中的新型梳齿现象，该现象可以使器件充当能够有效地对信息进行编码的集成发射器或接收器。

    该项研究已在Optica上发表。

    “这项工作代表了激光可以操作的完整模式转变，”罗伯特L.华莱士的应用物理学教授，通用电气高级研究员，通信高级研究员，文章的主要作者Federico Capasso说，“这种新现象可以将激光器转变为微波频段的高级调制器，对通信系统中带宽的有效利用具有技术意义。”

    频率梳是广泛应用于测量和检测不同频率的高精度工具。与仅能发射单一频率的传统激光器不同，这些激光器同时发射多个频率，均匀间隔以模仿梳齿。如今，从测量指纹中的特定分子到检测遥远的系外行星，光频梳被用于各种领域。然而，这项研究目的并非在于激光器的光输出。

    “我们对激光器内部的运作机理很感兴趣，尤其是在激光器的电子骨架之内，”SEAS博士后研究员，第一作者Marco Piccardo说，“我们首次展示了将光学波段的激光器作为微波器件的尝试。”

    在激光器内部，不同频率的光一起拍打产生微波辐射。 研究人员发现，激光腔内的光导致电子振荡在微波频率尤其是通信频谱内。这些振荡可以通过外部调制将信息编码到载波信号上。

    “这种功能以前从未在激光器中得到证实，”Piccardo说，“我们的研究证明，激光器可以用作所谓的正交调制器，允许通过单个频道同时发送两条不同的信息，并在通信链路的另一端连续检索。”

    “目前，由于有限的带宽，太赫兹信号源具有严重的局限性，”Capasso说，“这一发现为频率梳的应用开辟了一个全新的层面，并可能在不久的将来成为无线通信的太赫兹源。”