El tráfico de datos móviles y Wi-Fi está aumentando exponencialmente pero, a menos que se pueda aumentar la capacidad de los enlaces inalámbricos, todo ese tráfico está destinado a conducir a cuellos de botella inaceptables.

Las próximas redes 5G son una solución temporal, pero no una solución a largo plazo. Para eso, los investigadores se han centrado en las frecuencias de terahercios, las longitudes de onda submilimétricas del espectro electromagnético. Los datos que viajan a frecuencias de terahercios podrían moverse cientos de veces más rápido que la tecnología inalámbrica actual.

En 2017, Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson descubrieron que un peine de frecuencia infrarroja en un láser de cascada cuántica podría ofrecer una nueva forma de generar frecuencias de terahercios. Ahora, esos investigadores han descubierto un nuevo fenómeno de peines de frecuencia láser de cascada cuántica, lo que permitiría que estos dispositivos actúen como transmisores o receptores integrados que puedan codificar información de manera eficiente.

La investigación se publica en Optica .

"Este trabajo representa un cambio de paradigma completo en la forma en que se puede operar un láser, "dijo Federico Capasso, el profesor Robert L. Wallace de física aplicada y el investigador principal de Vinton Hayes en ingeniería eléctrica y autor principal del artículo. "Este nuevo fenómeno transforma un láser, un dispositivo que funciona a frecuencias ópticas, en un modulador avanzado a frecuencias de microondas, que tiene un significado tecnológico para el uso eficiente del ancho de banda en los sistemas de comunicación ".

Los peines de frecuencia son ampliamente utilizados, herramientas de alta precisión para medir y detectar diferentes frecuencias, a.k.a. colores — de luz. A diferencia de los láseres convencionales, que emiten una sola frecuencia, estos láseres emiten múltiples frecuencias simultáneamente, espaciados uniformemente para parecerse a los dientes de un peine. Hoy dia, Los peines de frecuencia óptica se utilizan para todo, desde medir las huellas dactilares de moléculas específicas hasta detectar exoplanetas distantes.

Esta investigación, sin embargo, no estaba interesado en la salida óptica del láser.

"Estábamos interesados ​​en lo que estaba pasando dentro del láser, en el esqueleto de electrones del láser, "dijo Marco Piccardo, becario postdoctoral en SEAS y primer autor del artículo. "Mostramos, por primera vez, un láser en longitudes de onda ópticas funciona como un dispositivo de microondas ".

Dentro del láser las diferentes frecuencias de luz se combinan para generar radiación de microondas. Los investigadores descubrieron que la luz dentro de la cavidad del láser hace que los electrones oscilen a frecuencias de microondas, que están dentro del espectro de comunicaciones. Estas oscilaciones se pueden modular externamente para codificar información en una señal portadora.

"Esta funcionalidad nunca antes se había demostrado en un láser, ", dijo Piccardo." Hemos demostrado que el láser puede actuar como un llamado modulador de cuadratura, permitiendo que dos piezas de información diferentes se envíen simultáneamente a través de un canal de frecuencia única y se recuperen sucesivamente en el otro extremo de un enlace de comunicación ".

"En la actualidad, las fuentes de terahercios tienen serias limitaciones debido al ancho de banda limitado, ", dijo Capasso." Este descubrimiento abre un aspecto completamente nuevo de los peines de frecuencia y podría conducir, en el futuro cercano, a una fuente de terahercios para comunicaciones inalámbricas ".