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Como a "luz rodopiante" entrou nas redes ópticas

Os engenheiros americanos desenvolveram um sistema a laser que codifica dados usando o momento angular orbital de uma onda de luz. Mais informações sobre o projeto e análogos estão sob o corte.


/ Unsplash / Reid Zura

O que se entende por luz rodopiante


A luz "comum" tem uma frente de onda plana - essa é a superfície à qual o processo de onda atingiu no momento atual. Na luz de turbilhão, a frente de onda é helicoidal - seu plano de fase gira com um saca-rolhas na direção da propagação das ondas, portanto, possui um momento angular orbital ( Momento Angular Orbital, OAM ). Este parâmetro determina o grau de torção e depende da direção na qual o parafuso da frente de onda se move. Além disso, seu valor pode ser arbitrariamente grande.

O momento angular orbital possui uma grande "capacidade de informação", portanto é adequado para a construção de sistemas de comunicação. Os dados são codificados alterando a direção da rotação (no sentido horário ou anti-horário) e a força de rotação. Essa abordagem aumenta a largura de banda da rede e reduz o número de erros na transmissão de informações. A pesquisa nesta área está em andamento desde pelo menos 1995 . No entanto, o processo de alternar rapidamente entre estados do OAM ainda é uma tarefa não trivial.

Foi possível resolvê-lo por um grupo de engenheiros americanos da Pensilvânia e das universidades do nordeste, além da Universidade de Duke. Para alternar entre o momento angular orbital, os especialistas desenvolveram um sistema de laser com um guia de ondas anular.

Como o sistema "twist"


Dentro do guia de ondas anular há uma série de partições especiais. Eles espalham a luz que se move ao longo do anel, fora do guia de ondas - perpendicular ao avião. Os engenheiros podem influenciar o OAM da luz dispersa alterando a direção do feixe. Os desenvolvedores dizem que se você adicionar um amplificador de luz ao sistema, isso aumentará o número de momentos angulares orbitais disponíveis. Isso permitirá que você modifique o brilho, que desempenhará o papel de outra variável.

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No futuro, a tecnologia encontrará aplicação na produção de chips ópticos mais eficientes. Mas enquanto ela não está pronta para ir além do laboratório. Primeiro, os especialistas precisam projetar um laser que possa alternar entre os estados do OAM em alguns picossegundos. Em seguida, problemas relacionados à transmissão confiável do momento angular serão resolvidos e protocolos de correção de erros serão criados.

Para usar a tecnologia em redes de fibra óptica em larga escala, os próprios cabos também deverão ser substituídos - os links padrão não podem transmitir luz em turbilhão. Especialistas da Universidade de Boston falaram sobre esse recurso em 2013. Eles sugeriram iniciar a substituição com cabos que conectam os servidores nos datacenters (por serem relativamente curtos).

Quem mais trabalha nesta área


Em 2016, um grupo de pesquisa da Universidade de Viena transmitiu dados usando luz rodopiante a uma distância de 143 km. Para fazer isso, eles usaram espelhos em "fase espiral", que distorciam os fótons em números quânticos (caracterizam o estado dos objetos microscópicos) em mais de 10.000.Como resultado, a precisão da formação de frente de onda aumentou.


/ Unsplash / Dollar Gill

Outro projeto - em 2017, os engenheiros de Harvard apresentaram uma metassuperfície que torce a luz em uma espiral ou saca-rolhas. Espera- se que aumente a velocidade de transmissão de dados através de linhas de comunicação óptica atmosférica.e pode se tornar um dos principais componentes para a organização de redes quânticas. Engenheiros da Universidade de Melbourne (RMIT)

também estão trabalhando em tecnologia para transmissão de dados usando luz torcida . Um dos principais componentes do dispositivo é um filme de telureto de antimônio . É necessário para a geração de polaritons de plasmon de superfície - excitações coletivas causadas pela interação de fótons e vibrações de elétrons. Esses polaritons do plasmon atuam como portadores de informação.

Até agora, novas tecnologias estão sendo testadas nas paredes de um laboratório universitário. Mas os desenvolvedores dizem que ele poderá entrar no mercado nos próximos dois anos. No futuro, o sistema de engenharia do RMIT se tornará parte da Internet quântica.

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