石墨烯和移相器的介紹及用光搭建無線網(wǎng)絡的實現(xiàn)

　　年輕的時候，我很迷戀電子學。無數(shù)次，電路沒有像預期一樣工作，失敗讓我學到一點：想告訴電子做什么簡直就是徒勞。盡管如此，搭建電子控制相控陣天線時我的興趣達到了最高點。簡單來講，稍微對時間進行調(diào)整，無數(shù)小天線生成的信號就可以射向特定方向，不需要移動硬件。

　　沒錯，我的裝置的確管用，雖然沒有預料的那樣好。不論怎樣，相控陣天線之所以讓我興奮，主要是因為通過對一系列獨立發(fā)射器的相位和振幅進行獨立控制，我們可以塑造輻射方向圖?？雌饋碚娴暮芸?。后來，我進入了光學領域，控制獨立激光器的相位與振幅，將它們組組合成單一、可操縱的激光束……從技術上講完全可以做到，但在理想與實際部署之間有許多障礙。最近，研究人員已經(jīng)證實，相位控制在裝置中是可以實現(xiàn)的，裝置比控制的光線波長還要小。這是一個關鍵的進步，我們朝著沒有光纖的高容量光通信技術前進了一大步。有了這種技術，5G 之后的移動通信、家庭 Wi-Fi 不會再卡了。有多難？控制大量發(fā)射器的振幅與相位聽起來很簡單。不妨想像一下，你要在 Wi-Fi 中達成目標。Wi-Fi 源的頻率是 5GHz，也就是說它的波長是 6cm。再讓我們假設一下，有 16 根天線，按 4x4 排列。如果我想控制每一根天線單元的相位，就要確保每一條波束有同樣的長度（也就是波長的二十分之一：3mm）。要做到還是相對容易的。

　　要控制相位與振幅，接下來還有一件重要的事要做：你要調(diào)高或者調(diào)低天線單元的功率，在電路上安一些可變電容器，讓每一個天線單元實現(xiàn)可變延遲。聽起來簡單，我想告訴你，英國衛(wèi)星廣播公司（British Satellite Broadcasting）的相控陣天線是假的，由此可以看出，相控陣天線絕非什么容易的技術?，F(xiàn)在讓我們進入光學領域。我們可以選擇相對容易的路走，繼續(xù)使用紅外線，它的波長大約是 10μm（微米）。這樣一來，4x4 陣列波束需要的長度大約是 500nm（納米）。看起來可行，但是要記住：如果使用光，重要的不只是波長，還有其它東西。如果波束波長只有 40μm，那么波束的折射率變化幅度不能超過 1%。波束越長，折射率必須更接近。當波長越來越短，或者發(fā)射器的距離越來越遠，要達到制造容差的要求也就變得越來越有挑戰(zhàn)?？傊捍罱ü庀嗫仃囂炀€是可行的，在控制嚴密的實驗室環(huán)境下，我們可以在常態(tài)環(huán)境中就可以做到；但是并不容易。如果想改變每一個陣列單元光束的相位和振幅，現(xiàn)在還無法做到。移相器改變光場的相位是相當容易的事，只需要讓光跑遠一點抵達目的地或者跑慢一點就行了。要做到有兩種方法：一，從物理上拉伸光傳輸?shù)穆窂?，二，光會穿過材料，我們可以改變材料的折射率。后一種方法用得更多，但大多的材料只允許你對折射率進細微的調(diào)整。換言之，如果有什么裝置可以控制光相位的變化，裝置必須很長：如果折射率的變化幅度很小，你只能延長距離讓相位改變。在整個長度上必須保持統(tǒng)一。