Несвязанный свет: ограничения данных могут исчезнуть с новыми оптическими антеннами

Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли нашли новый способ использовать свойства световых волн, которые могут радикально увеличить объем передаваемых данных. Они продемонстрировали дискретных закручивающих лазерных лучей от антенн, состоящих из концентрических колец, примерно равных диаметру человеческого волоса, достаточно малых, чтобы их можно было разместить на компьютерных микросхемах.


О новой работе, опубликованной в четверг, 25 февраля, в журнале Физика, широко раскрывает объем информации, которая может быть мультиплексирована или одновременно передана когерентным источником света. Распространенным примером мультиплексирования является передача нескольких телефонных звонков по одному проводу, но существовали фундаментальные ограничения на количество когерентных скрученных световых волн, которые можно было мультиплексировать напрямую.

«Впервые лазеры, излучающие искривленный свет, были напрямую мультиплексированы», — сказал главный исследователь Бубакар Канте, доцент кафедры электротехники и компьютерных наук Калифорнийского университета в Беркли. «Мы переживаем взрывной рост объемов данных в нашем мире, и каналы связи, которые у нас есть сейчас, скоро станут недостаточными для того, что нам нужно. Технология, о которой мы сообщаем, преодолевает текущие ограничения емкости данных за счет характеристики света, называемой орбитальным угловым моментом. Это кардинально меняет правила игры с приложениями в области биологической визуализации, квантовой криптографии, высокопроизводительной связи и датчиков ».

Канте, который также является научным сотрудником отдела материаловедения в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab), продолжил эту работу в Калифорнийском университете в Беркли после того, как начал исследования в Калифорнийском университете в Сан-Диего. Первым автором исследования является Бабак Бахари, бывший доктор философии. студент в лаборатории Канте.

Канте сказал, что современные методы передачи сигналов с помощью электромагнитных волн достигают своего предела. Частота, например, стала насыщенной, поэтому осталось так много станций, на которые можно настроиться по радио. Поляризация, при которой световые волны разделяются на два значения — горизонтальное или вертикальное, — может удвоить объем передаваемой информации. Кинематографисты используют это преимущество при создании 3D-фильмов, позволяя зрителям в специализированных очках получать два набора сигналов — по одному для каждого — для создания стереоскопического эффекта и глубины.

Использование потенциала вихря

Но помимо частоты и поляризации существует орбитальный угловой момент, или OAM, свойство света, которое привлекло внимание ученых, потому что оно предлагает экспоненциально большую пропускную способность для передачи данных. Один из способов подумать об OAM — сравнить его с вихрем торнадо.

«Световой вихрь с его бесконечными степенями свободы, в принципе, может поддерживать неограниченное количество данных», — сказал Канте. «Задача состоит в том, чтобы найти способ надежно произвести бесконечное количество лучей OAM. Никто никогда раньше не производил лучи OAM с такими высокими зарядами в таком компактном устройстве».

Исследователи начали с антенны, одного из самых важных компонентов в электромагнетизме и, как они отметили, ключевой для текущих и будущих технологий . Антенны в этом исследовании являются топологическими, что означает, что их основные свойства сохраняются даже при скручивании или изгибе устройства.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments