Cookies op Tweakers

Tweakers maakt gebruik van cookies, onder andere om de website te analyseren, het gebruiksgemak te vergroten en advertenties te tonen. Door gebruik te maken van deze website, of door op 'Ga verder' te klikken, geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt, bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

Frequentiekamlasers blijken bruikbaar voor draadloze terahertzcommunicatie

Onderzoekers hebben aangetoond dat zogenoemde frequentiekamlasers te gebruiken zijn voor het verzenden en ontvangen van informatie. Dat opent de weg naar snelle draadloze communicatie op terahertzfrequenties.

Volgens Harvard is de ontdekking van belang voor de inzet van terahertzgolven voor draadloos internet. De wetenschap experimenteert al langer met terahertzfrequenties, die wellicht ingezet kunnen worden voor eventuele opvolgers van 5g of wifi. De terahertzbronnen waarmee momenteel wordt getest, hebben meestal een beperkte bandbreedte.

De onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences ontdekten een fenomeen dat van een laser een efficiŽnte modulator op microgolffrequenties maakt. Ze bouwen daarmee voort op onderzoek van vorig jaar, waarbij ontdekt werd dat het gebruik van een infraroodfrequentiekam in een quantumcascadelaser gebruikt kon worden om terahertzfrequenties te genereren.

Frequentiekamlasers zenden in tegenstelling tot traditionele lasers verscheidene laserfrequenties tegelijk uit, met een controleerbare en regelmatige afstand tussen de frequenties. Door de grote precisie gebruiken wetenschappers dergelijke lasers voor frequentiemetingen, bijvoorbeeld voor spectroscopische waarnemingen in de astronomie of de vingerafdruk van moleculen.

Voor dit onderzoek waren de wetenschappers geÔnteresseerd in de output, waardoor ze moesten achterhalen wat zich in de laser afspeelde. Ze ontdekten dat licht in de laser ervoor zorgt dat elektronen oscilleren op microgolffrequenties. Die oscillaties zijn extern te moduleren om informatie op een draaggolf te coderen.

De onderzoekers hebben hun werk in het wetenschappelijke tijdschrift Optica gepubliceerd onder de titel 'Time-dependent population inversion gratings in laser frequency combs'.

Door Olaf van Miltenburg

NieuwscoŲrdinator

02-05-2018 • 13:26

20 Linkedin Google+

Reacties (20)

Wijzig sortering
En kan iemand dit in simpel Nederlands uitleggen?
Het is niet mijn vakgebied, maar het lijkt er op dat ze een laser gebruiken als signaal generator om gemoduleerde microgolf signalen to produceren.

"This phenomenon allows the laser to serve as a phased collection of microwave local oscillators and is utilized to demonstrate quadrature amplitude modulation"

Als je zo'n generator vervolgens aan een antenne hangt kan je een geÔntegreerde modulator en zender maken voor draadloze communicatie op hoge frequenties. Voor wat ik er van begrepen heb is het dus niet het idee om laser licht te produceren maar om de laser te gebruiken om direct gemoduleerde electromagnetische signalen te maken met hele hoge frequenties.

"Moreover, the integration of antennas in the laser could enable wireless signal outcoupling into free space, making a QCL a unibody modulator and transmitter."

[Reactie gewijzigd door steven2992 op 2 mei 2018 15:40]

Nu is licht ook gewoon electromagnetisme, net zoals radiogolven, magnetronstraling, infrarood, etc. De frequentie van zichtbaar licht is 4◊10^14 Hz tot 8◊10^14 Hz. Tera == 10^12 dus zichtbaar licht heeft een frequentie van 400 tot 800 Terraherz.

Licht wordt nu ook al gebruikt als informatiedrager. Denk maar aan je infrarood afstandsbediening en glasvezel. Maar tot nu toe werd het voornamelijk gebruikt als een soort semafoor, of in radio net zoals een CW / Morse signaal (-.-. --.- -.-. --.- -.-. --.- -.. . .--. --. ---.. .-- ) waarbij de tijdsperiode dat op een bepaalde frequentie een draaggolf waarneembaar is, en dan tijdelijk niet, en dan weer wel, etc.. bepaald welke informatie er overgedragen wordt.

Wat hier echter gedaan wordt is dat een signaal waarbij de verandering in amplitude meer gedetailleerd informatie draagt dan alleen 'aan-uit', zoals bij de meeste andere radiotoepassingen, gemoduleerd wordt op de 'lichtfrequentie' als draaggolf. Draaggolf is de naam voor je radiosignaal als het 'helemaal aan staat' en je informatie verandert die draaggolf iets of: 'moduleer je op je draaggolf'. In je ontvanger stem je af op de juiste frequentie, detecteer je je draaggolf en doordat je veranderingen er in waarneemt, kan je daardoor de oorspronkelijke informatie weer terughalen.
In gewone radio hebben we vormen zoals AM, waarbij de draaggolf sterker en zwakker wordt door de informatie. FM, waardoor de draaggolf iets verandert in frequentie, door de informatie, en (digitaal) QAM waarbij kleine sprongetjes in zowel frequentie en amplitude ten opzichte van de draaggolf, gelijkstaan met een groepje bits.

In een 'gewone' radio wordt het informatiesignaal met behulp van (vroeger) buizen en (nu vooral) halfgeleiders (transistors/fets) gemoduleerd op de 'draaggolf'. De draaggolf is zeg maar het echte radiosignaal, maar nog zonder de informatie. Het licht voordat je kiest om dat aan/uit te doen. Maar licht kan je niet schakelen met transistors, fets of buizen... maar wel met een laser. Een laser maakt mooi licht op een vaste frequentie en je kan het aan- en uit zetten. Maar dat is nog niet goed genoeg. Om echt veel informatie over te kunnen dragen wil je het niet alleen aan-uit, maar ook zachtjes, harder, iets naast de frequentie... al naar gelang je modulatievorm. Hoe beter in staat je 'mixer' (het deel van je zender dat draaggolf en informatie mengt... een buisschakeling, transistorschakeling, circuit met kamlaser?) is om informatie in een zo beperkt mogelijk amplitude/frequentiedomein te moduleren op je draaggolf, hoe minder bandbreedte je 'verspeelt' en hoe meer informatie je kan overdragen in je frequentieband. Daarvoor is dit onderzoek gedaan. Kamlasers zijn blijkbaar bruikbaar om dat te doen voor Teraherz frequenties (licht, infrarood...)

73, PG8W.

[Reactie gewijzigd door jiriw op 2 mei 2018 15:23]

Kleine correctie: QAM gebruikt sprongen in het fase/amplitude diagram; de draaggolf frequentie vernadert niet. Je kunt QAM ook zien als een mix van twee draaggolven op dezelfde frequentie en met 90 graden faseverschil.

QAM is een erg gangbare techniek als je meer dan 1 bit per Hz bandbreedte wil verzenden; het is bivoorbeeld onderdeel van de WiFi standaard.
Precies, ze gebruiken een bepaald type laser (QCL) om een I/Q modulator te bouwen welke microgolf signalen kan produceren. Het laatste stuk speculeert volgens mij dat de techniek op te schalen is naar het THz bereik. Dat laatste is natuurlijk het meest interessante want microgolf modulatoren bouwen is iets wat in de hedendaagse halfgeleider technologie gewoon business as usual is. Het THz bereik is echter nog grotendeels niet ontgonnen terrein.
Voor zover ik het kan vertalen: Deze laser zorgt ervoor dat electronen gaan oscilleren (het onderzoek van vorig jaar) op deze frequentie. Daarmee heb je een draaggolf, maar daar kan je zelf niet zoveel informatie mee overzetten (draaggolf aan <->draaggolf uit is niet echt heel cutting edge meer :) )
De nieuwigheid is dat ze een truc/methode hebben ontdekt om de laser zo te tweaken dat ze op die draaggolf kunnen moduleren, waardoor ze ook feitelijk informatie op de draaggolf kunnen zetten.

Moduleren is -extreem kort door de bocht- het mishandelen van een golffunctie, meestal om er extra informatie in mee te geven. Je kan informatie vertalen in allerlei extra eigenschappen van de draaggolf-functie (Moduleren is een containerbegrip; soms wordt gespeeld met de amplitude, soms met de fase, soms met de frequentie, etc.)
Was ook een beetje perplex er zijn namelijk genoeg terahertz bronnen bekend (electronisch of foton gerelateerd): (http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3727/47/37/374001)

Echter zijn deze blijkbaar niet bruikbaar om de golf te moduleren ofwel hele kleine veranderingen aan te brengen in de amplitude, frequentie offase, je werkelijke signaal.

https://en.wikipedia.org/wiki/Carrier_wave

Erg gesimplificeerd: Iets trilt heel snel heen en weer en door periodiek deze heel snelle trilling iets langzamer of harder te laten gaan kun je signaal overbrengen.
Ik vraag mij dan af hoe ver zo'n zendertje kan rijken als het straks toepasbaar in huis wordt, gezien dat WIFI nu al problematisch is/kan zijn op 2,4 en 5GHz . . .
THz is infrarood, dus alles met LoS (line of sight) zal wel werken (in een huiskamer setting tenminste). Maar multipath technieken en communicatie naar een client achter een muur zal niet mogelijk zijn.
Eťn deur in de weg en je signaal is al half. De meest enerverende technologie van de laatst 10 jaar :)

Ik dacht dat lasers enkel in ťťn rechte lijn werken?
Of weerkaatsen de signalen ook af op muren en gaan ze door de muren?
De lasers zijn niet de draaggolf, de lasers laten electronen oscilleren waardoor die een draaggolf genereren (enorm versimpeld).
Je kunt de laser ook aansluiten op een glasvezel..
Klopt, alleen heb je er in een glasvezel niet veel aan voor draadloze data-overdracht ;)
Met spiegels en lenzen kan men de straal een breder spectrum (is dat het goede woord?) geven

Zelfde principe als een lasershow.

Of ben ik appels met peren aan het vergelijken?
Laser licht is coherent en dus per definitie monochroom (smal frequentie spectrum). Voor zover is weet zijn er wel lasers in ontwikkeling die in staat zijn om in meerdere modus licht te produceren maar of deze al commercieel verkrijgbaar zijn.
Frequentiekamlasers doen dat dus, als het artikel goed begrijp :+
In een artikel (weliswaar uit 2015) vond ik dat de carrier op 200 a 300 GHz werken (of 500GHz). Het bereik zou daarom maximaal enkele honderden meters zijn.
bron
edit:
Toevoeging jaartal artikel

[Reactie gewijzigd door edeboeck op 2 mei 2018 13:54]

Om een idee te geven over het bereik: Schiphol gebruikt nu Thz scanners, om door een paar millimeter kleding de reflecties te zien van messen en dergelijke. Dat werkt ook voor niet-metalen, iets wat de oude metaaldetectoren niet konden.

Je ziet dus wel dat Thz straling snel reflecteert. Dit is dus geen goede vervanging van WiFi.
Dus de laser wordt gebruikt om de frequentie uit de lucht te lezen? Begrijp ik het dan goed?
Nee het gaat hier over het proces van moduleren met behulp van een I/Q modulator, m.a.w. het opwekken van een signaal in de microgolf band die mogelijk zelfs schaalbaar is naar het THz bereik.

Op dit item kan niet meer gereageerd worden.


Call of Duty: Black Ops 4 HTC U12+ dual sim LG W7 Google Pixel 3 XL OnePlus 6 Battlefield V Samsung Galaxy S9 Dual Sim Google Pixel 3

Tweakers vormt samen met Tweakers Elect, Hardware.Info, Autotrack, Nationale Vacaturebank en Intermediair de Persgroep Online Services B.V.
Alle rechten voorbehouden © 1998 - 2018 Hosting door True