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Cómo la "luz giratoria" entró en las redes ópticas

Los ingenieros estadounidenses han desarrollado un sistema láser que codifica los datos utilizando el momento angular orbital de una onda de luz. Más información sobre el proyecto y análogos está debajo del corte.


/ Unsplash / Reid Zura

¿Qué se entiende por remolino de luz?


La luz "ordinaria" tiene un frente de onda plano : esta es la superficie a la que ha llegado el proceso de onda en el momento actual. En luz de remolino, el frente de onda es helicoidal : su plano de fase gira con un sacacorchos en la dirección de propagación de la onda, por lo tanto, tiene un momento angular orbital (momento angular orbital, OAM ). Este parámetro determina el grado de giro y depende de la dirección en la que se mueve el tornillo del frente de onda. Además, su valor puede ser arbitrariamente grande.

El momento angular orbital tiene una gran "capacidad de información", por lo que es muy adecuado para construir sistemas de comunicación. Los datos se codifican cambiando el sentido de rotación (en sentido horario o antihorario) y la fuerza de remolino. Este enfoque aumenta el ancho de banda de la red y reduce la cantidad de errores en la transmisión de información. La investigación en esta área ha estado en curso desde al menos 1995 . Sin embargo, el proceso de cambiar rápidamente entre estados OAM sigue siendo una tarea no trivial.

Fue posible resolverlo por un grupo de ingenieros estadounidenses de las universidades de Pennsylvania y Northeastern, así como de la Universidad de Duke. Para cambiar entre el momento angular orbital, los expertos desarrollaron un sistema láser con una guía de ondas anular.

¿Cómo funciona un sistema de "giro"?


Dentro de la guía de ondas anular hay una serie de particiones especiales. Dispersan la luz que se mueve a lo largo del anillo, fuera de la guía de ondas, perpendicular al avión. Los ingenieros pueden influir en el OAM de la luz dispersa cambiando la dirección del haz. Los desarrolladores dicen que si agrega un amplificador de luz al sistema, esto aumentará la cantidad de momentos angulares orbitales disponibles. Le permitirá modificar el brillo, que desempeñará el papel de otra variable.

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En el futuro, la tecnología encontrará aplicación en la producción de chips ópticos más eficientes. Pero mientras ella no está lista para ir más allá del laboratorio. Primero, los especialistas necesitan diseñar un láser que pueda cambiar entre estados OAM en unos pocos picosegundos. Luego, se resolverán los problemas relacionados con la transmisión confiable del momento angular y se crearán los protocolos de corrección de errores.

Para usar la tecnología en redes de fibra óptica a gran escala, los cables en sí también tendrán que ser reemplazados; los enlaces estándar no pueden transmitir luz giratoria. Expertos de la Universidad de Boston hablaron sobre esta característica en 2013. Luego sugirieron comenzar el reemplazo con cables que conectan los servidores en los centros de datos (ya que son relativamente cortos).

¿Quién más trabaja en esta área?


En 2016, un grupo de investigación de la Universidad de Viena transmitió datos utilizando remolinos de luz a una distancia de 143 km. Para hacer esto, utilizaron espejos de "fase espiral", que retorcían los fotones a números cuánticos (caracterizan el estado de los objetos microscópicos) en exceso de 10 mil. Como resultado, la precisión de la formación del frente de onda aumentó.


/ Unsplash / Dollar Gill

Otro proyecto: en 2017, los ingenieros de Harvard presentaron una meta-superficie que tuerce la luz en espiral o sacacorchos. Se espera que aumente la velocidad de transmisión de datos a través de líneas de comunicación óptica atmosférica.y puede convertirse en uno de los componentes clave para organizar redes cuánticas. Los ingenieros de la Universidad de Melbourne (RMIT)

también están trabajando en tecnología para transmitir datos utilizando luz retorcida . Uno de los componentes clave de su dispositivo es una película de telururo de antimonio . Es necesario para la generación de polaritones de plasmón superficial: excitaciones colectivas causadas por la interacción de fotones y vibraciones de electrones. Estos polaritones de plasmón actúan como portadores de información.

Hasta ahora, se está probando nueva tecnología en las paredes de un laboratorio universitario. Pero los desarrolladores dicen que puede ingresar al mercado en los próximos dos años. En el futuro, el sistema de ingeniería de RMIT se convertirá en parte de Internet cuántica.

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