Sisir Frekuensi Laser Quantum Cascade:Revolusi Berikutnya dalam Kecepatan WiFi

• Para ilmuwan mengembangkan teknik untuk menghasilkan frekuensi terahertz melalui sisir frekuensi inframerah dalam laser kaskade kuantum.
• Data yang berpindah pada pita ini dapat berpindah lebih dari seratus kali lebih cepat dari jaringan nirkabel yang ada. 
• Ini adalah pertama kalinya seseorang mendemonstrasikan bahwa laser mampu bertindak sebagai modulator kuadratur. 

Lalu lintas data seluler dan WiFi meningkat dengan pesat. Pada tahun 2020, akan ada lebih dari 50 miliar perangkat yang terhubung dengan WiFi di seluruh dunia. Namun kecepatannya akan dibatasi oleh kapasitas jaringan nirkabel, dan lalu lintas yang dihasilkan oleh perangkat ini dapat menyebabkan kemacetan yang tidak dapat ditoleransi.

Sistem nirkabel generasi ke-5 yang akan datang adalah solusi sementara yang akan diterapkan pada tahun 2018 dan setelahnya. Pita gelombang milimeternya dapat menangani hingga 20 gigabit data per detik (Gbit/s). Namun, hal ini sepertinya bukan solusi jangka panjang.

Oleh karena itu, para ilmuwan berfokus pada pita spektrum elektromagnetik submilimeter, yang disebut frekuensi terahertz. Panjang gelombang pada pita terahertz berkisar dari 1 milimeter hingga 0,1 milimeter; data yang dikirimkan pada pita ini dapat bergerak seratus kali lebih cepat dibandingkan jaringan nirkabel yang ada.

Sisir Frekuensi Inframerah Dalam Kaskade Kuantum

Pada tahun 2017, para peneliti di Universitas Harvard mengembangkan teknik menghasilkan frekuensi terahertz melalui sisir frekuensi [inframerah] dalam laser kaskade kuantum. Kini mereka telah mengembangkan mekanisme baru sisir frekuensi laser kaskade kuantum yang memungkinkan peralatan bertindak sebagai penerima atau pemancar terintegrasi, untuk menyandikan data secara efektif.

Teknik ini mengubah peralatan yang berfungsi pada panjang gelombang optik menjadi modulator canggih pada panjang gelombang gelombang mikro. Hal ini memungkinkan perangkat untuk menggunakan bandwidth jaringan secara efisien. Ini benar-benar mengubah cara laser dioperasikan.

Apa itu sisir frekuensi? 

Sisir frekuensi optik adalah sumber laser yang spektrumnya berisi serangkaian garis frekuensi diskrit [berjarak merata]. Ini banyak digunakan untuk mengukur dan mendeteksi frekuensi cahaya yang berbeda secara tepat. Tidak seperti laser tradisional — yang memancarkan cahaya dengan panjang gelombang tunggal — laser ini memancarkan cahaya pada berbagai panjang gelombang, secara bersamaan.

Ini dikenal sebagai sisir frekuensi karena lampu-lampu dengan beberapa frekuensi ini memiliki jarak yang sama dan menyerupai gigi sisir. Saat ini, kami menggunakan sisir frekuensi optik ini untuk hampir semua hal, mulai dari menemukan planet ekstrasurya yang jauh hingga menganalisis sidik jari molekul tertentu.

Namun, penelitian ini bukan tentang keluaran optik laser. Para ilmuwan tertarik pada apa yang terjadi di dalam struktur elektron laser. Mereka telah menunjukkan bahwa laser optik dapat berfungsi sebagai instrumen gelombang mikro.

Referensi:Penerbitan OSA | doi:10.1364/OPTICA.5.000475 | Harvard

Bagaimana Cara Kerjanya?

Kredit gambar:Jared Sisler / Universitas Harvard

Berbagai panjang gelombang sinar laser saling bertabrakan untuk menghasilkan radiasi gelombang mikro. Cahaya yang ada di rongga laser memicu elektron berosilasi pada panjang gelombang gelombang mikro yang berbeda. Panjang gelombang ini berada di bawah spektrum yang sama yang digunakan untuk komunikasi. Untuk menyandikan data ke sinyal pembawa, seseorang dapat memodulasi osilasi ini secara eksternal.

Menurut para peneliti, belum ada yang melakukan hal ini sebelumnya. Ini adalah pertama kalinya seseorang mendemonstrasikan bahwa laser mampu bertindak sebagai modulator kuadratur, yang memungkinkan 2 data berbeda ditransfer secara bersamaan menggunakan satu saluran frekuensi.

Baca:NASA Akan Menggunakan Jaringan Toleran Gangguan Untuk Komunikasi Luar Angkasa

Selain itu, sinyal nirkabel dapat digabungkan ke ruang bebas dengan mengintegrasikan antena ke dalam laser. Hal ini akan menjadikan laser kaskade kuantum sebagai modulator dan pemancar unibody.

Saat ini, sumber radiasi terahertz mempunyai keterbatasan kritis karena keterbatasan bandwidth. Penelitian ini membuka jalur potensial untuk jenis mixer quadrature baru, yang dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam arsitektur komunikasi nirkabel generasi mendatang.