Prvý rádiový laser je základom pre 100x rýchlejšie Wi-Fi

Pred mnohými rokmi, keď bol pre väčšinu z nás pojem „laser“ zahalený tajomstvom, sa v jednom odbornom texte vyskytla jeho definícia: „rádio také silné, až to svieti“.Dnes vieme, že laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) je o niečom inom – hlavne o koherentnom žiarení elektromagnetických vĺn s rovnakou vlnovou dĺžkou.

Napriek tomu sa zdá, že oná stará „definícia“ vďaka najnovším výskumom ožíva. Výskumníci z  Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS)vyvinuli metódu prenosu rádiovej frekvencie prostredníctvom polovodičového lasera. Vedci demonštrovali laser, ktorý dokáže emitovať mikrovlny, modulovať ich a prijímať externé rádiofrekvenčné signály.

Rádiovo-optický hybrid

„Výskum otvára dvere novým typom hybridných elektronicko-fotonických zariadení a je prvým krokom k ultra vysokorýchlostnému Wi-Fi,“ povedal profesor Federico Capasso.

Tento výskum nadväzuje na predchádzajúcu prácu Capasso Lab. V roku 2017 vedci zistili, že infračervený hrebeň v kvantovom kaskádovom lasere sa môže použiť na generovanie terahertzových rádiových frekvencií. Elektromagnetické vlny so submilimetrovou vlnovou dĺžkou by mohli prenášať dáta údajne stokrát rýchlejšie ako dnešné bezdrôtové siete.

Pozrite siEricsson spustil v Česku prvý mikrovlnný spoj s kapacitou 10 Gbit/s

Už v roku 2018 vedci odhalili, že kvantové kaskádové laserové frekvenčné hrebene môžu pôsobiť aj ako integrované vysielače, alebo prijímače na efektívne kódovanie informácií. Teraz výskumníci prišli na spôsob, ako extrahovať a prenášať bezdrôtové signály z laserových frekvenčných hrebeňov.

ZDROJ | Harvard

Na rozdiel od bežných laserov, ktoré vysielajú monochromatické žiarenie s jednu frekvenciu, laserové frekvenčné hrebene vysielajú súčasne viacero frekvencií. Tie sú zároveň rovnomerne rozmiestnené tak, že sa podobajú zubom hrebeňa.

Pozrite siMikrovlnné spoje pomôžu pri sieťach 4G, aj 5G

Vedci zároveň zistili, že vo vnútri lasera sa rozličné frekvencie svetla spoločne šíria a vytvárajú mikrovlnné žiarenie. Svetlo v dutine lasera prinútilo elektróny kmitať na mikrovlnných frekvenciách – ktoré sa nachádzajú v rámci komunikačného spektra.

Rodí sa základ novej generácie?

Výskum prináša nádej pre Wi-Fi a ďalšie rádiokomunikačné technológie novej generácie. Keďže sa siete 5G (tu a tam) stávajú realitou, je najvyšší čas začať špekulovať o ich nasledovníkovi. O technológii 6G však zatiaľ existujú len veľmi hmlisté predstavy.

ZDROJ | Harvard

„Ak chcete používať toto zariadenie pre Wi-Fi, musíte byť schopní vložiť užitočné informácie do mikrovlnných signálov a dokázať tieto informácie zo zariadenia aj extrahovať,“ povedal Marco Piccardo, postdoktorand v Harvard SEAS a hlavný autor publikácie.

Pre prenos mikrovlnných signálov z nového zariadenia vedci vytvorili anténu tak, že do hornej elektródy vyryli medzeru. Vznikol tak dipól, pripomínajúci anténu „králičie uši“, ktorá sa používala na starých TV prijímačoch.

Ďalej modulovali frekvenčný hrebeň, aby kódoval informácie o mikrovlnnom žiarení vytvorenom pulzujúcim svetlom hrebeňa. Pomocou antény sa mikrovlny obsahujúce zakódované informácie vyžarujú zo zariadenia.

https://www.youtube.com/watch?v=5JEQIQmQa-c

Rádiový signál je následne prijímaný anténou vo forme vlnovodu, filtrovaný a odosielaný do počítača. Prvým dátovým súborom, ktorý vedci takto preniesli, bol audiozáznam klasického hitu „Volare“ od Deana Martina.

Výskumníci tak dokázali, že laserové rádio dokáže signály aj prijímať. Tím bol schopný diaľkovo ovládať správanie lasera pomocou mikrovlnných signálov z iného zariadenia. Podľa Piccarda je toto integrované zariadenie „všetko v jednom“  veľkým prísľubom pre bezdrôtovú komunikáciu.

Pozrite siLaserové impulzy prinesú 100 000x rýchlejšie počítače

Zároveň však priznal, že sen o terahertzovej bezdrôtovej komunikácii je ešte značne vzdialený. Keďže rádiové vlny s takouto krátkou vlnovou dĺžkou sa už správajú a šíria ako svetlo, steny, stromy a akékoľvek predmety, vyskytujúce sa v ceste priamočiaro šíreného signálu, predstavujú v podstate nepriechodnú prekážku.

S radostnými očakávaniami buďme preto opatrní. Pozitívom však je, že s podobnou výzvou v pásme mm vĺn (mmWave) sa snažia vysporiadať aj siete 5G, a tam sa už riešenia rysujú.

ZdrojHarvard SEAS

Komentáre k článku