Optisk linse kan overføre digitale oplysninger uden tab

(Phys.org) —Forskere har designet en optisk linse, der udviser to egenskaber, der hidtil ikke er blevet demonstreret sammen:selvfokusering og en optisk effekt kaldet Talbot-effekten, der skaber gentagne lysmønstre. Forskerne viste, at kombinationen af ​​disse to egenskaber kan bruges til at overføre et kodet digitalt signal uden tab af information, som har potentielle applikationer til at realisere yderst effektive optiske kommunikationssystemer.

Forskerne, Xiangyang Wang og Hui Liu ved Nanjing University, Huanyang Chen ved Xiamen University, sammen med deres medforfattere, har udgivet et papir om det nye objektiv, kaldet en "konform linse, "i et nyligt nummer af Fysisk gennemgangsbreve .

Denne type af en konform linse, som også er kendt som en mikaelsk linse, opstod fra transformationsoptikkens område, som er baseret på ideen om, at linser kan lede lys i analogi med, hvordan rumtidens buede geometri bøjer lys i generel relativitet.

Undersøgelsens hovedmål var at designe en konform linse, der fungerer samtidigt i to forskellige regimer:geometrioptikregimet, hvor lys behandles som en partikel, og bølgeoptikregimet, som også tegner sig for lysets bølgelignende egenskaber.

Arbejde i begge regimer er udfordrende, fordi de to regimer har to tilsyneladende modsatrettede krav til størrelsen af ​​arbejdsbølgelængderne. På den ene side, arbejdsbølgelængderne skal være meget mindre end objektivets størrelse, men de skal samtidig være større end de grundlæggende enheder, der udgør linsen.

For at løse denne udfordring, forskerne startede med et Maxwells fiskeøjeobjektiv, der går tilbage til 1850'erne, som grundlag for det konforme objektiv. De forklarede, at det er meget udfordrende at forsøge at realisere et objektiv med de ønskede egenskaber ved hjælp af konventionel transformationsoptik, dels på grund af dets krav til et tredimensionelt medium. På den anden side, konform transformationsoptik stiller krav til et todimensionalt medium, hvilket letter fremstillingskravene.

"Selvom transformationsoptik kan bruges til at designe mange nye optiske enheder, det er normalt meget svært at bruge i praktiske systemer, især i det synlige regime, "Fortalte Liu Phys.org . "I vores arbejde, Vi har etableret en gennemførlig eksperimentplatform for at opnå optiske enheder til transformation af transformation. "

Efter konstruktionen af ​​den konforme linse, forskerne demonstrerede, at linsen udviser både selvfokusering, som er en egenskab ved geometrisk optik, og Talbot -effekten, som er en egenskab ved bølgeoptik. På denne måde, enheden forbinder de to forskellige områder inden for geometrioptik og bølgeoptik.

Mest interessant for potentielle applikationer er, at den konforme Talbot-effekt, der vises her, er meget forskellig fra den almindelige Talbot-effekt i andre medier på grund af den ekstra selvfokuserende egenskab. En af de største forskelle er, at i modsætning til den almindelige Talbot -effekt, der oplever grænsediffraktion, den konforme Talbot -effekt gør det ikke.

Som følge af dens mangel på diffraktion, den konforme Talbot -effekt kan bruges til at overføre kodede optiske mønstre over lange afstande med en meget lille forvrængning. Forskerne forventer, at denne evne kan føre til en meget effektiv metode til overførsel af digital information i fremtidige højhastighedsoptiske kommunikationssystemer uden tab af information.

"Vi kan sende en strøm af optiske cifre '0' og '1' ved parallel kommunikation, som er meget hurtigere end den serielle kommunikation, der bruges i almindelige optiske bølgeledere eller optiske fibre, "Liu sagde." Den konforme Talbot-effekt kan hjælpe med at reducere transmissionsfejl på grund af dens ikke-diffraktive egenskaber og god selvfokusering af feltmønstrene. "

I fremtiden, forskerne planlægger at undersøge forskellige potentielle anvendelser af konform transformationsoptik, såsom at designe nye integrerede fotoniske chips, der kan transportere og behandle information i mikrooptiske kredsløb. Disse "konforme fotoniske chips" kan en dag bruges i fremtidige kvantecomputere.

"Vi håber, at konform transformationsoptik kan bruges i kvantesimulatorer og kvantecomputere i fremtiden, "Sagde Chen." Vi planlægger også at efterligne kvanteeffekterne i det buede rum af generel relativitet ved hjælp af konform transformationsoptik, såsom horisonten for et sort hul og Hawking -stråling. "

© 2017 Phys.org