Utilizzo di suoni e luci per generare trasferimenti di dati ultraveloci


21 Febbraio 2020 - I ricercatori hanno dato una svolta nel controllo dei laser a cascata quantica terahertz, il che potrebbe portare alla trasmissione di dati alla velocità di 100 gigabit al secondo - circa mille volte più veloce di una Ethernet veloce che funziona a 100 megabit al secondo.
 I ricercatori hanno dato una svolta nel controllo dei laser a cascata quantica terahertz, il che potrebbe portare alla trasmissione di dati alla velocità di 100 gigabit al secondo - circa mille volte più veloce di una Ethernet veloce che funziona a 100 megabit al secondo.

Ciò che distingue i laser a cascata quantica terahertz dagli altri laser è il fatto che emettono luce nell'intervallo terahertz dello spettro elettromagnetico. Hanno applicazioni nel campo della spettroscopia in cui vengono utilizzate nell'analisi chimica.

I laser potrebbero infine fornire collegamenti wireless ultraveloci a corto raggio in cui è necessario trasferire grandi set di dati tra campus ospedalieri o tra strutture di ricerca nelle università o nelle comunicazioni via satellite.

Per poter inviare i dati a queste velocità elevate, i laser devono essere modulati molto rapidamente: accendere e spegnere o pulsare circa 100 miliardi di volte al secondo.

Finora ingegneri e scienziati non sono riusciti a sviluppare un modo per raggiungere questo obiettivo.

Un team di ricerca dell'Università di Leeds e dell'Università di Nottingham ritiene di aver trovato il modo di fornire una modulazione ultraveloce, combinando la potenza delle onde acustiche e luminose.

John Cunningham, professore di Nanoelettronica a Leeds, ha dichiarato: "Questa è una ricerca entusiasmante. Al momento, il sistema per modulare un laser a cascata quantica è guidato elettricamente, ma ha dei limiti.

"Ironia della sorte, la stessa elettronica che fornisce la modulazione di solito mette un freno alla velocità della modulazione. Il meccanismo che stiamo sviluppando si basa invece sulle onde acustiche."

Un laser a cascata quantica è molto efficiente. Quando un elettrone passa attraverso il componente ottico del laser, passa attraverso una serie di "pozzi quantici" in cui il livello di energia dell'elettrone scende e viene emesso un fotone o un impulso di energia luminosa.

Un elettrone è in grado di emettere più fotoni. È questo processo che viene controllato durante la modulazione.

Invece di usare l'elettronica esterna, i team di ricercatori delle università di Leeds e Nottingham hanno usato le onde acustiche per far vibrare i pozzi quantici all'interno del laser a cascata quantica.

Le onde acustiche sono state generate dall'impatto di un impulso di un altro laser su una pellicola di alluminio. Ciò ha causato l'espansione e la contrazione del film, inviando un'onda meccanica attraverso il laser a cascata quantica.

Tony Kent, professore di fisica a Nottingham, ha dichiarato: "In sostanza, ciò che abbiamo fatto è stato usare l'onda acustica per scuotere gli intricati stati elettronici all'interno del laser a cascata quantica. Abbiamo potuto quindi vedere che la sua emissione di luce terahertz veniva alterata dall'onda acustica".

Il professor Cunningham ha aggiunto: "Non abbiamo raggiunto una situazione in cui potevamo fermarci e avviare completamente il flusso, ma siamo stati in grado di controllare l'emissione di luce di qualche percento, il che è un ottimo inizio.

"Riteniamo che con un ulteriore perfezionamento, saremo in grado di sviluppare un nuovo meccanismo per il controllo completo delle emissioni di fotoni dal laser e forse anche integrare strutture che generano suono con il laser terahertz, in modo che non sia necessaria alcuna fonte sonora esterna."

Il professor Kent ha dichiarato: "Questo risultato apre una nuova area per la fisica e l'ingegneria per riunirsi nell'esplorazione dell'interazione del suono terahertz e delle onde luminose, che potrebbero avere vere applicazioni tecnologiche".



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