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Wie "wirbelndes Licht" in optische Netzwerke gelangte

Amerikanische Ingenieure haben ein Lasersystem entwickelt, das Daten unter Verwendung des Drehimpulses einer Lichtwelle codiert. Weitere Informationen über das Projekt und Analoga finden Sie unter dem Schnitt.


/ Unsplash / Reid Zura

Was ist mit wirbelndem Licht gemeint?


„Gewöhnliches“ Licht hat eine flache Wellenfront - dies ist die Oberfläche, die der Wellenprozess zum aktuellen Zeitpunkt erreicht hat. Bei wirbelndem Licht ist die Wellenfront helikoidal - ihre Phasenebene dreht sich mit einem Korkenzieher in Richtung der Wellenausbreitung, daher hat sie einen Drehimpuls ( Orbital Angular Momentum, OAM ). Dieser Parameter bestimmt den Grad der Verdrehung und hängt von der Richtung ab, in die sich die Wellenfrontschraube bewegt. Darüber hinaus ihr Wert kann beliebig groß.

Der Drehimpuls der Umlaufbahn hat eine große "Informationskapazität", so dass er sich gut zum Aufbau von Kommunikationssystemen eignet. Daten werden durch Ändern der Drehrichtung (im oder gegen den Uhrzeigersinn) und der Wirbelkraft codiert. Dieser Ansatz erhöht die Netzwerkbandbreite und verringert die Anzahl der Fehler bei der Übertragung von Informationen. Die Forschung in diesem Bereich wird seit mindestens 1995 fortgesetzt . Das schnelle Umschalten zwischen OAM-Zuständen ist jedoch immer noch keine triviale Aufgabe.

Es war möglich, es von einer Gruppe amerikanischer Ingenieure aus Pennsylvania und den nordöstlichen Universitäten sowie der Duke University zu lösen. Um zwischen dem Drehimpuls der Umlaufbahn umzuschalten, entwickelten Experten ein Lasersystem mit einem ringförmigen Wellenleiter.

Wie funktioniert ein "Twist" -System?


Innerhalb des ringförmigen Wellenleiters befindet sich eine Reihe spezieller Trennwände. Sie streuen das Licht entlang des Rings außerhalb des Wellenleiters - senkrecht zur Ebene. Ingenieure können den OAM des gestreuten Lichts beeinflussen, indem sie die Richtung des Strahls ändern. Die Entwickler sagen, dass wenn Sie dem System einen Lichtverstärker hinzufügen, dies die Anzahl der verfügbaren Winkelmomente in der Umlaufbahn erhöht. Hier können Sie die Helligkeit ändern, die die Rolle einer anderen Variablen spielt.

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In Zukunft wird die Technologie bei der Herstellung effizienterer optischer Chips Anwendung finden. Aber während sie nicht bereit ist, über das Labor hinauszugehen. Zunächst müssen Spezialisten einen Laser entwerfen, der in wenigen Pikosekunden zwischen OAM-Zuständen wechseln kann. Anschließend werden Probleme im Zusammenhang mit der zuverlässigen Übertragung des Drehimpulses gelöst und Fehlerkorrekturprotokolle erstellt.

Um die Technologie in großen Glasfasernetzen einzusetzen, müssen auch die Kabel selbst ersetzt werden - Standardverbindungen können kein wirbelndes Licht übertragen. Experten der Boston University sprachen bereits 2013 über diese Funktion . Dann schlugen sie vor, den Austausch mit Kabeln zu beginnen, die die Server in den Rechenzentren verbinden (da diese relativ kurz sind).

Wer arbeitet noch in diesem Bereich


Im Jahr 2016 übertrug eine Forschungsgruppe der Universität Wien Daten mit wirbelndem Licht auf eine Entfernung von 143 km. Zu diesem Zweck verwendeten sie "Spiralphasenspiegel", die die Photonen zu Quantenzahlen (charakterisieren den Zustand mikroskopischer Objekte) von mehr als 10 Tausend verdrehten . Infolgedessen erhöhte sich die Genauigkeit der Wellenfrontbildung.


/ Unsplash / Dollar Gill

Ein weiteres Projekt - 2017 präsentierten die Harvard-Ingenieure eine Metaoberfläche, die das Licht in eine Spirale oder einen Korkenzieher verwandelt. Es wird erwartet, dass dies die Geschwindigkeit der Datenübertragung über atmosphärische optische Kommunikationsleitungen erhöht .und kann eine der Schlüsselkomponenten für die Organisation von Quantennetzwerken werden. Ingenieure der University of Melbourne (RMIT) arbeiten

ebenfalls an Technologien zur Datenübertragung mit verdrehtem Licht . Eine der Schlüsselkomponenten ihres Geräts ist ein Antimon-Tellurid- Film . Es wird zur Erzeugung von Oberflächenplasmonpolaritonen benötigt - kollektive Anregungen, die durch die Wechselwirkung von Photonen und Elektronenschwingungen verursacht werden. Diese Plasmonpolaritonen wirken als Informationsträger.

Bisher werden neue Technologien in den Wänden eines Universitätslabors getestet. Die Entwickler sagen jedoch, dass es in den nächsten zwei Jahren auf den Markt kommen kann. In Zukunft wird das Engineering-System von RMIT Teil des Quanten-Internets.

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