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Comment la "lumière tourbillonnante" est entrée dans les réseaux optiques

Des ingénieurs américains ont développé un système laser qui encode les données en utilisant le moment angulaire orbital d'une onde lumineuse. Plus d'informations sur le projet et ses analogues sont sous la coupe.


/ Unsplash / Reid Zura

Qu'entend-on par lumière tourbillonnante


La lumière «ordinaire» a un front d'onde plat - c'est la surface à laquelle le processus ondulatoire a atteint à l'heure actuelle. Dans la lumière tourbillonnante, le front d'onde est hélicoïdal - son plan de phase tourne avec un tire-bouchon dans le sens de la propagation des ondes, il a donc un moment angulaire orbital ( Orbital Angular Momentum, OAM ). Ce paramètre détermine le degré de torsion et dépend de la direction dans laquelle la vis de front d'onde se déplace. De plus, sa valeur peut être arbitrairement grande.

Le moment angulaire orbital a une grande "capacité d'information", il est donc bien adapté à la construction de systèmes de communication. Les données sont encodées en changeant le sens de rotation (dans le sens horaire ou antihoraire) et la force tourbillonnante. Cette approche augmente la bande passante du réseau et réduit le nombre d'erreurs dans la transmission des informations. Des recherches dans ce domaine sont en cours depuis au moins 1995 . Cependant, le processus de basculement rapide entre les états OAM est toujours une tâche non triviale.

Il a été possible de le résoudre par un groupe d'ingénieurs américains de Pennsylvanie et des universités du Nord-Est, ainsi que de l'Université Duke. Pour basculer entre le moment angulaire orbital, les experts ont développé un système laser avec un guide d'onde annulaire.

Comment fonctionne le système "twist"


À l'intérieur du guide d'onde annulaire se trouve une série de cloisons spéciales. Ils diffusent la lumière se déplaçant le long de l'anneau, à l'extérieur du guide d'ondes - perpendiculairement au plan. Les ingénieurs peuvent influencer l'OAM de la lumière diffusée en modifiant la direction du faisceau. Les développeurs disent que si vous ajoutez un amplificateur de lumière au système, cela augmentera le nombre de moments angulaires orbitaux disponibles. Il vous permettra de modifier la luminosité, qui jouera le rôle d'une autre variable.

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À l'avenir, la technologie trouvera une application dans la production de puces optiques plus efficaces. Mais alors qu'elle n'est pas prête à aller au-delà du laboratoire. Tout d'abord, les spécialistes doivent concevoir un laser capable de basculer entre les états OAM en quelques picosecondes. Ensuite, les problèmes liés à la transmission fiable de la quantité de mouvement angulaire seront résolus et des protocoles de correction d'erreurs créés.

Pour utiliser la technologie dans les réseaux de fibre optique à grande échelle, les câbles eux-mêmes devront également être remplacés - les liaisons standard ne peuvent pas transmettre de lumière tourbillonnante. Des experts de l'Université de Boston ont parlé de cette fonctionnalité en 2013. Ensuite, ils ont suggéré de commencer le remplacement avec des câbles reliant les serveurs dans les centres de données (car ils sont relativement courts).

Qui d'autre travaille dans ce domaine


En 2016, un groupe de recherche de l'Université de Vienne a transmis des données à l'aide d'une lumière tourbillonnante sur une distance de 143 km. Pour ce faire, ils ont utilisé des miroirs à «phase spirale», qui ont tordu les photons à des nombres quantiques (caractérisent l'état des objets microscopiques) au-delà de 10 000. En conséquence, la précision de la formation du front d'onde a augmenté.


/ Unsplash / Dollar Gill

Un autre projet - en 2017, les ingénieurs de Harvard ont présenté une métasurface qui tord la lumière en spirale ou en tire-bouchon. Il est prévu que cela augmentera la vitesse de transmission des données via les lignes de communication optiques atmosphériques.et peut devenir l'un des éléments clés de l'organisation des réseaux quantiques. Des ingénieurs de l'Université de Melbourne (RMIT) travaillent

également sur une technologie de transmission de données utilisant une lumière tordue . L'un des composants clés de leur appareil est un film de tellurure d'antimoine . Il est nécessaire pour la génération de polaritons de plasmon de surface - excitations collectives causées par l'interaction des photons et des vibrations électroniques. Ces polaritons plasmon agissent comme des supports d'information.

Jusqu'à présent, de nouvelles technologies sont testées dans les murs d'un laboratoire universitaire. Mais les développeurs disent qu'il peut entrer sur le marché au cours des deux prochaines années. À l'avenir, le système d'ingénierie de RMIT fera partie de l'Internet quantique.

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