Лазерные “ураганы” ускоряют передачу данных по оптоволокну в 16 раз

Прорыв команды ученых стал возможен благодаря манипулированию металлическими наночастицами с помощью электрического поля для формирования уникального узора, называемого “квазикристалл”.

Исследователи из Университета Аалто разработали инновационный метод создания “вихрей” света — маленьких спиральных структур, которые могут значительно повысить пропускную способность передачи данных. Этот прорыв в области лазерной технологии представляет собой возможное решение для увеличения скорости передачи данных через оптоволоконные кабели.

Современные коммуникационные системы, использующие лазерный свет для передачи данных, сталкиваются с растущим спросом на более эффективные способы кодирования информации. По мере увеличения объема передаваемых данных, становится необходимым разработать новые методы, способные повысить эффективность этих процессов. В этой области и была достигнута важная веха с помощью новых технологий.

Как объясняет один из авторов исследования, Пяйви Термя, исследование фокусируется на “взаимосвязи между симметрией и вращением вихря”. Это позволяет генерировать вихри с определенными характеристиками симметрии, которые могут быть использованы для кодирования и передачи данных. “Наша квазикристаллическая конструкция находится на полпути между порядком и хаосом”, — добавляет ученый.

Что такое световые вихри?

Эти миниатюрные вихри света напоминают ураганы, но в микроскопическом масштабе. Они имеют спокойный темный центр, окруженный ярким кольцом, как глаз бури. Электрическое поле света, проходящее через вихрь, течет в разных направлениях вокруг его центра, создавая характерный рисунок. Этот рисунок может быть использован для кодирования информации.

Технология и квазикристаллы

Прорывная технология была основана на манипуляциях с металлическими наночастицами с помощью электрического поля для формирования квазикристаллов. Квазикристаллы — это структуры, которые имеют регулярный узор, но не повторяются, что делает их отличными для новых методов кодирования. Управление симметрией этих квазикристаллов позволяет создавать сложные световые вихри, которые несут закодированную информацию.

Геометрия вихрей и их потенциал

Исследователи обнаружили, что геометрия материала влияет на тип вихрей, которые он может создавать. Простые формы, такие как квадраты, производят одиночные вихри, в то время как более сложные геометрические узоры, например, шестиугольные, создают двойные вихри. Ранее было трудно создавать более сложные вихри для кодирования данных, но команда из Аалто преодолела это ограничение, открыв возможность создания вихрей любой сложности.

Эксперимент с наночастицами

В своем эксперименте ученые манипулировали 100 000 металлических наночастиц, каждая из которых была в 100 раз тоньше человеческого волоса. В отличие от традиционных методов, исследователи не помещали частицы в области с высокой энергетической активностью, а располагали их в “мертвых зонах” минимального взаимодействия. Это позволило точно настроить электрическое поле для создания вихрей с нужными характеристиками.

Будущее технологий

По словам исследователей, такие вихри могут передаваться по оптоволоконным кабелям и декодироваться на месте назначения. Это позволило бы значительно увеличить объем передаваемых данных, сокращая необходимую полосу пропускания. Ранние прогнозы показывают, что новая технология может повысить пропускную способность оптоволоконных сетей в 8–16 раз по сравнению с текущими методами.

Хотя внедрение этой технологии в практическую эксплуатацию потребует еще нескольких лет, она уже открывает захватывающие перспективы для будущего. Для широкого использования потребуется масштабирование технологии и дополнительные инженерные усилия, но в Университете Аалто уже ведутся исследования в других связанных областях, таких как сверхпроводимость и органические светодиоды, что обещает дальнейшее развитие этой технологии.

Источник: Inteesting Engineering