Закрученный свет и эпоха сверхскоростной связи

Эпоха сверхскоростного интернета становится все ближе и ближе — недавно ученые из США смогли передать информацию по оптоволоконному кабелю со скоростью 1,6 терабит в секунду! Для этого они использовали так называемый закрученный световой пучок. По словам изобретателей, данный способ передачи информации имеет достаточно большие перспективы.

Фото:

Напомню, что закрученным лучом (или световым пучком) называют такой пучок, который обладает так называемым орбитальным угловым моментом. Его определяет распределение фазы фотонов в луче — на поперечном "срезе" закрученного пучка в разных точках фаза будет разной. Сразу хочу сказать, что в данном случае речь идет вовсе не о круговой или радиальный поляризации света, когда вектор электронного или магнитного поля колеблется не в одной плоскости, и если эта плоскость вращается, то и создается тот самый эффект радиальный поляризации. В данном случае под закрученным лучом подразумевается совсем другое явление.

Напомню, что обычный свет имеет в плоскости, которая перпендикулярна направлению луча, всегда одну и ту же фазу колебаний. А вот в закрученном пучке большое количество волн с одной и той же фазой представляет собой не плоскость, а спираль, закрученную вдоль самого луча. Эта спираль может быть завернута достаточно сильно или весьма слабо, то есть с различным периодом. Но самое главное заключается в том, что световые волны, закрученные с различным периодом, могут распространяться в пределах одного пучка, не мешая при этом друг дружке (то есть не интерферируя).

Подобное свойство закрученных световых пучков давно уже привлекало внимание специалистов по оптическим системам передачи информации — ведь его можно применять для создания отдельных информационных каналов в одном луче. Таким образом можно передавать большее количество информации с более высокой скоростью, нежели это происходит в современных оптических системах. И вот два года назад международная группа исследователей, которой руководили специалисты из Университета Южной Калифоринии (США) смогли провести эксперимент, где при помощи закрученных лучей была достигнута скорость передачи информации в 2,56 терабит в секунду (для сравнения — в обычном оптоволокне она составляет 30 мегабит в секунду).

Читайте также:Сказочный способ передачи информации

В прототипе экспериментальной установки, которую создали авторы, информация передавалась по воздуху с помощью единственного монохромного лазерного луча. Но для того чтобы достигнуть высокой плотности потока, исследователи использовали 32 отдельных лазерных передатчика, которые кодировали информацию при помощи обычной амплитудной модуляции (каждый угол закрутки был закодирован нулевыми или единичными битами). Затем свет каждого из передатчиков проходил процедуру "закручивания" фазы и собирался в единый луч. Именно он и передавался по воздуху, а в приемнике все процедуры повторялись в обратном порядке. При этом, хотя свет передавался единым монохромным лучом, отдельные по-разному закрученные каналы не мешали друг другу.

По словам руководителя данного проекта Аллана Уиллнера, этот способ передачи информации имеет большие перспективы — при помощи света можно сделать то, чего нельзя добиться от электричества, поскольку пучком фотонов можно манипулировать практически любым способом на очень высоких скоростях. Он также добавил, что закрученный свет можно использовать не только для воздушной передачи данных, но и в таковой по оптоволокну. Правда, для этого придется несколько изменить структуру последнего — таким образом, чтобы оно могло проводить закрученные пучки.

И вот через два года прогноз Уиллнера оправдался. Ученый из Бостонского университета Сиддхарта Рамачандран и его коллеги нашли способ передать закрученный луч света по оптоволоконному кабелю на рекордное расстояние в 1,1 километров со скоростью 1,6 терабит в секунду. При этом исследователи использовали кабель с разными показателями преломления, по которому удалось посылать как прямые лучи, (те, что обычно применяют интернет-провайдеры для передачи данных), так и закрученные — последние-то и смогли перенести куда больше информации за ту же единицу времени.

Следует заметить, что в эксперименте применялись только две формы закрутки лучей — по и против часовой стрелки. Тем не менее, сигналы на входе и выходе из экспериментальной системы были идентичны — они совершенно не имели следов каких-либо искажений, что говорит о надежности данного способа. Более того, г-н Рамачандран и его коллеги уверены, что в принципе лучи могут иметь до десятка разных форм, способных передавать информацию одновременно. А это может существенно повысить как скорость передачи, так и объем передаваемой информации.

Читайте также:У нейтринного телеграфа — большое будущее!

"Мы нашли новую степень свободы, при помощи которой сможем предавать информацию", — комментирует результаты исследования руководитель группы, доктор Рамачандран. Впрочем, он сразу же добавляет, что подобный способ не может быть сразу же принят "на вооружение" интернет-провайдерами, поскольку в настоящее время в массовом производстве оптического волокна с дифференцированным коэффициентом преломления пока нет. Однако следует признать, что до внедрения сверхскоростного интернета и других систем оптической связи в повседневную жизнь осталось уже не так много времени…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"