Des chercheurs transmettent des données via un laser

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Dans un article publié dans PNAS, des chercheurs ont présenté un laser capable d’émettre des micro-ondes sans fil, de les moduler et de recevoir des signaux de radiofréquence externes.

Un laser capable d’émettre des micro-ondes sans fil

« Cette recherche ouvre la voie à de nouveaux types de dispositifs hybrides électrophotoniques-électroniques et constitue le premier pas vers le Wi-Fi à très haut débit », a déclaré Federico Capasso, professeur de physique appliquée à Robert L. Wallace, et chercheur principal à Vinton Hayes. en génie électrique, à SEAS et auteur principal de cette étude.

Cette recherche s’appuie sur les travaux antérieurs du laboratoire Capasso. En 2017, les chercheurs avaient découvert qu’un peigne de fréquence infrarouge dans un laser à cascade quantique pouvait être utilisé pour générer des fréquences térahertz, les longueurs d’onde submillimétriques du spectre électromagnétique pouvant déplacer des données des centaines de fois plus rapidement que les plates-formes sans fil actuelles.

En 2018 l’équipe a découvert que les peignes de fréquence laser à cascade quantique pouvaient également servir d’émetteurs ou de récepteurs intégrés pour coder efficacement les informations. Les chercheurs ont maintenant trouvé un moyen d’extraire et de transmettre des signaux sans fil à partir de peignes à fréquence laser.

Des peignes à fréquence laser (ou optique)

Contrairement aux lasers conventionnels, qui émettent une seule fréquence de lumière, les peignes à fréquence laser (ou optique) émettent simultanément plusieurs fréquences, régulièrement espacées de manière à ressembler à la dent d’un peigne. En 2018, les chercheurs ont découvert qu’à l’intérieur du laser, les différentes fréquences de la lumière se mélangeaient pour générer un rayonnement micro-ondes. La lumière à l’intérieur de la cavité du laser provoquait l’oscillation des électrons aux hyperfréquences, qui font partie du spectre de la communication.

« Si vous souhaitez utiliser cet appareil pour le Wi-Fi, vous devez pouvoir insérer des informations utiles dans les signaux hyperfréquences et les extraire de l’appareil », a déclaré Marco Piccardo, stagiaire post-doctoral à SEAS et premier auteur de l’article.

La première chose dont ce nouvel appareil avait besoin pour transmettre des signaux hyperfréquences était une antenne. Les chercheurs ont donc gravé un espace dans l’électrode supérieure de l’appareil, créant ainsi une antenne dipôle (comme les oreilles de lapin au-dessus d’un vieux téléviseur). Ensuite, ils ont modulé le peigne de fréquence pour coder des informations sur le rayonnement hyperfréquence créée par la lumière battante du peigne.

Le signal est reçu par une antenne cornet

Ensuite, à l’aide de l’antenne, les micro-ondes sont émises par l’appareil et contiennent les informations codées. Le signal radio est reçu par une antenne cornet, filtré et envoyé à un ordinateur. Les chercheurs ont également démontré que la radio laser pouvait recevoir des signaux. L’équipe a pu contrôler à distance le comportement du laser à l’aide de signaux hyperfréquences provenant d’un autre appareil.

« Cet appareil intégré tout-en-un est très prometteur pour la communication sans fil », a déclaré Piccardo. « Bien que le rêve de la communication sans fil térahertz soit encore à faire, cette recherche fournit une feuille de route claire indiquant comment y parvenir. »

Une commercialisation serait possible

Le bureau de développement technologique d’Harvard a protégé la propriété intellectuelle liée à ce projet et explore les possibilités de commercialisation.

Source : Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science
Crédit photo sur Unsplash : Zoltan Tasi

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