Американские инженеры разработали лазерную систему, которая кодирует данные с помощью орбитального углового момента световой волны. Подробнее о проекте и аналогах — под катом.
/ Unsplash / Reid Zura
«Обычный» свет имеет плоский волновой фронт — это поверхность, до которой дошёл волновой процесс в текущий момент времени. У закрученного света волновой фронт геликоидальный — его фазовая плоскость вращается штопором в направлении распространения волны, поэтому он обладает орбитальным угловым моментом (Orbital Angular Momentum, OAM). Этот параметр определяет степень закрученности и зависит от направления, в котором движется винт волнового фронта. При этом его значение может быть сколько угодно большим.
Орбитальный угловой момент обладает большой «информационной вместимостью», поэтому хорошо подходит для построения систем коммуникации. Данные кодируют путем изменения направления вращения (по часовой или против часовой стрелки) и силы закрученности. Такой подход увеличивает пропускную способность сетей и сокращает число ошибок при передаче информации. Исследования в этой области ведутся как минимум с 1995 года. Однако процесс быстрого переключения между OAM-состояниями до сих пор представляет собой нетривиальную задачу.
Решить её удалось группе американских инженеров из Пенсильванского и Северо-Восточного университетов, а также университета Дьюка. Для переключения между орбитальными угловыми моментами специалисты разработали лазерную систему с кольцеобразным волноводом.
Внутри кольцеобразного волновода расположена серия специальных перегородок. Они рассеивают свет, движущийся по кольцу, за пределы волновода — перпендикулярно плоскости. Инженеры могут влиять на OAM рассеиваемого света, меняя направление движения пучка. Разработчики говорят, что, если добавить в систему усилитель света, это увеличит количество доступных орбитальных угловых моментов. Он позволит модифицировать яркость, которая сыграет роль еще одной переменной.
В перспективе технология найдет применение в производстве более эффективных оптических чипов. Но пока она не готова выйти за пределы лаборатории. Сперва специалистам нужно спроектировать лазер, способный переключаться между OAM-состояниями за несколько пикосекунд. Затем предстоит решить вопросы, связанные с надежной передачей угловых моментов, и создать протоколы коррекции ошибок.
Чтобы использовать технологию в масштабных оптоволоконных сетях, также придется заменить сами кабели — стандартные линки не могут передавать закрученный свет. Об этой особенности специалисты из Бостонского университета говорили еще в 2013 году. Тогда они предложили начать замену с кабелей, соединяющих серверы в дата-центрах (так как они относительно короткие).
В 2016 году исследовательская группа Венского университета передала данные с помощью закрученного света на расстояние 143 км. Для этого они использовали зеркала «спиральной фазы», которые закручивали фотоны до значений квантовых чисел (характеризуют состояние микроскопических объектов), превышающих 10 тыс. В результате возрастала точность формирования волнового фронта.
/ Unsplash / Dollar Gill
Еще один проект — в 2017-м инженеры из Гарварда представили метаповерхность, скручивающую свет в спираль или штопор. Ожидается, что она повысит скорость трансляции данных по атмосферным оптическим линиям связи и может стать одним из ключевых компонентов для организации квантовых сетей.
Над технологией передачи данных с помощью скрученного в спираль света также работают инженеры из университета в Мельбурне (RMIT). Одним из ключевых компонентов их устройства является пленка из теллурида сурьмы. Она нужна для генерации поверхностных плазмон-поляритонов — коллективных возбуждений, вызываемых взаимодействием фотонов и колебаниями электронов. Эти плазмон-поляритоны выступают в роли носителей информации.
Пока что новую технологию тестируют в стенах университетской лаборатории. Но разработчики отмечают, что на рынок она может выйти уже в ближайшие два года. В перспективе система инженеров из RMIT станет частью квантового интернета.
/ Unsplash / Reid Zura
Что понимают под закрученным светом
«Обычный» свет имеет плоский волновой фронт — это поверхность, до которой дошёл волновой процесс в текущий момент времени. У закрученного света волновой фронт геликоидальный — его фазовая плоскость вращается штопором в направлении распространения волны, поэтому он обладает орбитальным угловым моментом (Orbital Angular Momentum, OAM). Этот параметр определяет степень закрученности и зависит от направления, в котором движется винт волнового фронта. При этом его значение может быть сколько угодно большим.
Орбитальный угловой момент обладает большой «информационной вместимостью», поэтому хорошо подходит для построения систем коммуникации. Данные кодируют путем изменения направления вращения (по часовой или против часовой стрелки) и силы закрученности. Такой подход увеличивает пропускную способность сетей и сокращает число ошибок при передаче информации. Исследования в этой области ведутся как минимум с 1995 года. Однако процесс быстрого переключения между OAM-состояниями до сих пор представляет собой нетривиальную задачу.
Решить её удалось группе американских инженеров из Пенсильванского и Северо-Восточного университетов, а также университета Дьюка. Для переключения между орбитальными угловыми моментами специалисты разработали лазерную систему с кольцеобразным волноводом.
Как работает «закручивающая» система
Внутри кольцеобразного волновода расположена серия специальных перегородок. Они рассеивают свет, движущийся по кольцу, за пределы волновода — перпендикулярно плоскости. Инженеры могут влиять на OAM рассеиваемого света, меняя направление движения пучка. Разработчики говорят, что, если добавить в систему усилитель света, это увеличит количество доступных орбитальных угловых моментов. Он позволит модифицировать яркость, которая сыграет роль еще одной переменной.
Свежие материалы в нашем блоге:
В перспективе технология найдет применение в производстве более эффективных оптических чипов. Но пока она не готова выйти за пределы лаборатории. Сперва специалистам нужно спроектировать лазер, способный переключаться между OAM-состояниями за несколько пикосекунд. Затем предстоит решить вопросы, связанные с надежной передачей угловых моментов, и создать протоколы коррекции ошибок.
Чтобы использовать технологию в масштабных оптоволоконных сетях, также придется заменить сами кабели — стандартные линки не могут передавать закрученный свет. Об этой особенности специалисты из Бостонского университета говорили еще в 2013 году. Тогда они предложили начать замену с кабелей, соединяющих серверы в дата-центрах (так как они относительно короткие).
Кто еще работает в этой области
В 2016 году исследовательская группа Венского университета передала данные с помощью закрученного света на расстояние 143 км. Для этого они использовали зеркала «спиральной фазы», которые закручивали фотоны до значений квантовых чисел (характеризуют состояние микроскопических объектов), превышающих 10 тыс. В результате возрастала точность формирования волнового фронта.
/ Unsplash / Dollar Gill
Еще один проект — в 2017-м инженеры из Гарварда представили метаповерхность, скручивающую свет в спираль или штопор. Ожидается, что она повысит скорость трансляции данных по атмосферным оптическим линиям связи и может стать одним из ключевых компонентов для организации квантовых сетей.
Над технологией передачи данных с помощью скрученного в спираль света также работают инженеры из университета в Мельбурне (RMIT). Одним из ключевых компонентов их устройства является пленка из теллурида сурьмы. Она нужна для генерации поверхностных плазмон-поляритонов — коллективных возбуждений, вызываемых взаимодействием фотонов и колебаниями электронов. Эти плазмон-поляритоны выступают в роли носителей информации.
Пока что новую технологию тестируют в стенах университетской лаборатории. Но разработчики отмечают, что на рынок она может выйти уже в ближайшие два года. В перспективе система инженеров из RMIT станет частью квантового интернета.
О работе интернет-провайдеров в нашем корпоративном блоге:
