Iso-udbredelseshvirvler:Optisk multipleksing for hidtil uset informationskapacitet

Fremtiden for optisk kommunikation er lige blevet lysere. I en udvikling rapporteret i Advanced Photonics , har forskere fra Nanjing University introduceret iso-propagation hvirvler (IPV'er), et nyt koncept, der tilbyder en løsning på en langvarig udfordring, som videnskabsmænd og ingeniører står over for:hvordan man øger informationsbehandlingskapaciteten og samtidig overvinder begrænsningerne ved traditionelle hvirvelstråler.

Multipleksering af optiske frihedsgrader, såsom polarisering og bølgelængde, har været en vigtig del af forbedringen af ​​kommunikationskapaciteten. Spatial mode-division multiplexing, som bruger ortogonale rumlige modes som orbital angular momentum (OAM) modes (også kendt som vortex beams), står imidlertid over for en betydelig hindring.

Da disse hvirvelstråler forplanter sig gennem frit rum, afviger deres strålestørrelse uvægerligt med OAM, hvilket udgør begrænsninger for kapaciteten på grund af behovet for større modtagere.

Indtast IPV'er

IPV'er repræsenterer et paradigmeskifte. I modsætning til konventionelle vortex-bjælker udviser IPV'er OAM-uafhængig udbredelse. Med andre ord forbliver deres strålestørrelse konsistent under frirumsudbredelse, uanset OAM-tilstanden. Dette gennembrud åbner spændende muligheder for spatial mode multiplexing-kommunikation, fiberoptisk datatransmission og endda partikelmanipulation.

Vigtigste fordele ved IPV'er:

• OAM-uafhængig udbredelse:IPV'er opretholder en konstant strålestørrelse, uanset OAM-tilstanden. Denne funktion giver mulighed for effektiv udnyttelse af rumlige tilstande uden at kræve alt for store modtagere.
• Modstandsdygtighed over for atmosfærisk turbulens:IPV'er demonstrerer forbedret transmissionsdynamik med reducerede kvalitetsfaktorer. Selv under atmosfærisk turbulens forbliver de robuste, hvilket gør dem ideelle til applikationer i den virkelige verden.
• Eksperimentelle kapacitetsforbedringer:Forskerholdet udførte grundige sammenligninger mellem IPV-multipleksing og eksisterende optiske skemaer. Resultaterne var forbløffende, med kapacitetsforbedringer fra 300 procent til forbløffende 808 procent.
  

Ansøgninger og fremtidsudsigter

Effekten af ​​IPV'er strækker sig ud over kommunikation. Forestil dig hurtigere dataoverførselshastigheder, mere effektiv partikelmanipulation i videnskabelige eksperimenter og forbedrede fiberoptiske netværk. Efterhånden som forskere dykker dybere ned i IPV'ernes potentiale, vil industrier, der spænder fra telekommunikation til videnskabelig instrumentering, få betydelige fordele.

Dr. Jianping Ding, tilsvarende forfatter og seniorforsker, sagde:"Iso-udbredelseshvirvler repræsenterer et spring fremad i vores søgen efter større informationskapacitet. Vi er spændte på at udforske deres applikationer og samarbejde med industripartnere."