Framtiden för optisk kommunikation har just blivit ljusare. I en utveckling som rapporteras i Advanced Photonics har forskare från Nanjing University introducerat IPV (iso-propagation vortices), ett nytt koncept som erbjuder en lösning på en långvarig utmaning som forskare och ingenjörer står inför: hur man kan öka informationsbehandlingskapaciteten samtidigt som man övervinner begränsningarna hos traditionella virvelstrålar.
Multiplexering av optiska frihetsgrader, t.ex. polarisation och våglängd, har varit en viktig faktor för att förbättra kommunikationskapaciteten. Multiplexering av spatiala lägen, som använder ortogonala spatiala lägen som OAM-lägen (orbital angular momentum) (även kända som vortexstrålar), står dock inför ett betydande hinder.
När dessa virvelstrålar sprider sig genom den fria rymden avviker deras strålstorlek alltid från OAM, vilket medför kapacitetsbegränsningar på grund av behovet av större mottagare.
IPV:s intåg
IPV:er innebär ett paradigmskifte. Till skillnad från konventionella virvelstrålar har IPV:er en OAM-oberoende utbredning. Med andra ord förblir strålstorleken densamma under spridning i fri rymd, oavsett OAM-läge. Detta genombrott öppnar spännande möjligheter för kommunikation med spatial mode multiplexing, fiberoptisk dataöverföring och till och med partikelmanipulation.
Viktiga fördelar med IPV:
- OAM-oberoende utbredning: IPVs bibehåller en konstant strålstorlek, oavsett OAM-läge. Denna funktion möjliggör ett effektivt utnyttjande av spatiala lägen utan att kräva alltför stora mottagare.
- Motståndskraft mot atmosfärisk turbulens: IPV har förbättrad transmissionsdynamik med reducerade kvalitetsfaktorer. Även under atmosfärisk turbulens förblir de robusta, vilket gör dem idealiska för verkliga tillämpningar.
- Experimentella kapacitetsförbättringar: Forskargruppen genomförde noggranna jämförelser mellan IPV-multiplexering och befintliga optiska system. Resultaten var häpnadsväckande, med kapacitetsförbättringar på allt från 300 procent till hela 808 procent.
Tillämpningar och framtidsutsikter
Effekterna av IPV sträcker sig bortom kommunikation. Föreställ dig snabbare dataöverföringshastigheter, effektivare partikelmanipulation i vetenskapliga experiment och förbättrade fiberoptiska nätverk. I takt med att forskarna fördjupar sig i IPV:ernas potential kommer industrier som sträcker sig från telekommunikation till vetenskapliga instrument att dra stor nytta av dem.
Dr. Jianping Ding, korresponderande författare och seniorforskare, säger: ”Iso-propagationsvirvlar är ett stort steg framåt i vår strävan efter större informationskapacitet. Vi ser fram emot att utforska deras tillämpningar och att samarbeta med industripartners.”
Ytterligare information: Wenxiang Yan et al, Iso-propagation vortices with OAM-independent size and divergence toward future faster optical communications, Advanced Photonics (2024). DOI: 10.1117/1.AP.6.3.036002
