Лазерные "ураганы" ускоряют передачу данных по оптоволокну в 16 раз

Исследователи из Университета Аалто разработали метод создания "вихрей" света — небольших спиралей световой энергии, — которые потенциально способны значительно расширить емкость данных. Об этом пишет Inteesting Engineering.

​​Современная коммуникация в значительной степени опирается на кодирование информации на различных носителях, при этом лазерный свет, передаваемый по оптоволоконным кабелям, является одним из наиболее распространенных методов. Однако, по мере роста спроса на передачу данных, потребность в более эффективных методах кодирования стала насущной.

"Это исследование посвящено взаимосвязи между симметрией и вращательностью вихря, то есть, какие виды вихрей мы можем генерировать с какими видами симметрии. Наша квазикристаллическая конструкция находится на полпути между порядком и хаосом", — говорит Пяйви Термя, один из авторов исследования.

Эти крошечные световые вихри похожи на ураганы в лазерном луче, со спокойным темным центром, окруженным ярким кольцом, чем-то похожим на глаз бури. В этом случае вихрь образуется, потому что электрическое поле света течет в разных направлениях вокруг центра, создавая характерный рисунок, который может нести информацию.

Прорыв команды Аалто произошел в результате манипулирования металлическими наночастицами с помощью электрического поля для формирования уникального узора, называемого "квазикристалл". Квазикристаллы не вписываются в обычные геометрические категории; они демонстрируют узор, который является регулярным, но никогда не повторяется, что открывает новые возможности для кодирования информации.

Управляя симметрией внутри этих квазикристаллов, исследователи могут создавать сложные световые вихри, несущие различные типы закодированной информации.

Исторически ученые знали, что геометрия материала в наномасштабе влияет на тип вихрей, которые он производит. Простые формы, такие как квадраты, генерируют базовые одиночные вихри, в то время как шестиугольные узоры производят двойные вихри, а еще более сложные формы требуют восьмиугольных расположений.

Но до сих пор создание более сложных вихрей для кодирования данных было сложной задачей. Проект команды Аалто превосходит эти ограничения, открывая возможность для создания вихрей любой сложности, что может произвести революцию в кодировании и передаче данных.

В своем эксперименте команда манипулировала 100 000 металлических наночастиц, каждая из которых была примерно в одну сотую ширины человеческого волоса. Вместо того чтобы помещать частицы в высокоэнергетические горячие точки внутри электрического поля, они стратегически расположили их в "мертвых зонах" минимального взаимодействия.

Избегая областей высокой вибрации, исследователи могли точно настраивать электрическое поле для создания желаемых вихрей с определенными характеристиками.

Таскинен объясняет это как контринтуитивный, но эффективный подход: "Электрическое поле имеет горячие точки высокой вибрации и точки, где оно по сути мертво. Мы ввели частицы в мертвые точки, которые отключили все остальное и позволили нам выбрать поле с наиболее интересными свойствами для приложений", — говорит Таскинен в пресс-релизе.

Это достижение может открыть путь к расширению возможностей передачи данных в областях, требующих светового кодирования, таких как телекоммуникации.

По словам Арджаса, эти вихри могут передаваться по оптоволоконным кабелям и декодироваться в месте назначения, что позволяет хранить и передавать гораздо больше данных в пределах меньшей полосы пропускания. Ранние оценки показывают, что эта технология может увеличить пропускную способность оптоволоконных данных в 8–16 раз по сравнению с текущими методами.

Хотя практическое применение этого открытия может занять еще годы, эта технология представляет собой многообещающую основу для будущих достижений.

Масштабирование этого подхода для широкого использования потребует значительных инженерных усилий, но группа квантовой динамики в Аалто уже погружена в смежные области исследований, включая сверхпроводимость и достижения в области органических светодиодов.

Ранее специалист по радиотехнологиям Сергей Бескрестнов рассказал, почему у многих пользователей не работает мобильный интернет даже при хорошем сигнале.