Forschung -

Einen Laser zum Radio umfunktionieren

Ein konventionelles Funkgerät basiert auf dem einfachen Prinzip, elektromagnetische Signale im Mega- bis Gigahertzbereich zu erzeugen und über die Luft an eine Antenne zu übertragen. Die Kombination mit einem Laser kann die Wireless-Datenrate um das Hundertfache erhöhen.

Wissenschaftler der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ist es gelungen, mithilfe eines Frequenzkamms Funksignale zu übertragen. Die Arbeiten bauen auf der Forschung von Federico Capasso aus dem Jahr 2017 auf, der zeigte, dass im Laserhohlraum Elektronen im Mikrowellenbereich schwingen. 2018 bauten die Forscher auf dieser Grundlage einen Quantenkaskadenlaser zu einem integrierten Sender sowie Empfänger um, der Daten codieren beziehungsweise decodieren konnte.

Anders als herkömmliche Laser emittieren Laserfrequenzkämme Licht in Form von vielen scharf abgegrenzten Spektrallinien in gleichmäßig verteilten Abständen – ähnlich den Zinken eines Kamms. Jede einzelne Frequenz kann Daten transportieren, was sehr große Bandbreiten ermöglicht. Mittlerweile passen solche Laserkämme auf Mikrochips, fanden bislang allerdings vorwiegend in der Photonik Anwendung. Durch Resonanzeffekte erzeugen sie auch Oszillationen im Mikrowellenbereich.

Zunächst ätzten die Forscher einen Spalt in die obere Elektrode des Lasers und realisierten so eine Dipolantenne. Anschließend modulierten sie den Frequenzkamm und wandelten die Schwingungen über einen Photodetektor in Mikrowellen um. Dann übertrug die Antenne das Funksignal auf eine Hornantenne. Auf ähnliche Weise kann das Laserradio auch Signale empfangen.

Nach Ansicht der Wissenschaftler eröffnet diese hybride elektronisch-photonische Technologie neue Möglichkeiten für die Datenübertragung. Federico Capasso, Mitautor der Studie: „Unsere Forschung ist der erste Schritt hin zu einem ultraschnellen WLAN.“ Die Universität hat das Patent bereits angemeldet. Als nächstes wollen die Forscher das Laserradio für konkrete Anwendungen nutzen.

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