Новый метод "закручивания" света с помощью луча электронов позволит передавать больше информации по оптическому волокну

Авторы и источники / Правообладателям

Получение луча закрученного света

В настоящее время передача информации по оптическим каналам производится при помощи условно "двумерных" световых сигналов, импульсов света, распространяющихся по оптоволокну. К сожалению, полоса пропускания оптического волокна для таких сигналов достаточно ограничена и в настоящее время коммуникационное оборудование приближается к ограничениям, накладываемым физикой процесса распространения света. Конечно, существует множество методов расширения полосы пропускания оптического волокна, к примеру, использование для передачи информации лучей света нескольких лазеров, работающих на разных длинах волн. Но более перспективным считается метод преобразования нескольких "двумерных" световых сигналов в один "трехмерный" сигнал, что в теории может позволить расширить полосу практически до бесконечности. Одним из таких методов является метод "закручивания" светового сигнала вокруг центральной оси, о котором мы уже рассказывали в свое время на страницах нашего сайта. А недавно исследователи из Национальной лаборатории линейных ускорителей SLAC (SLAC National Accelerator Laboratory) американского Министерства энергетики (U.S. Department of Energy, DOE) разработали новый способ получения и модуляции "закрученного" луча света, который позволяет добиться высокой эффективности и получить необходимые для коммуникаций характеристики выходящего луча света.

"Закрученный" луч света был впервые получен в середине 1970-х годов исследователями из Принстонского университета. Длительное время этот эффект так и оставался невостребованным, вызывающим интерес только у ученых. Но в последние годы некоторые исследователи обратили свое внимание на световые "вихри", способные переносить информацию, разделенную в трех измерениях. И вот немного ранее в этом году команде исследователей из Бостонского университета удалось реализовать передачу данных с помощью "закрученных" лучей света, при этом была достигнута скорость передачи в 1.6 терабита в секунду.

К сожалению, методы "закручивания" и модуляции света, используемые в настоящее время, не очень совершенны и не могут обеспечить высокой точности, что отрицательно сказывается на ширине полосы пропускания канала. Лучи "закрученного" света, использованные Бостонскими исследователями, были получены с помощью пропускания света через оптические маски, а их модуляция была выполнена с помощью специального голографического устройства-модулятора. Ученые из лаборатории SLAC и Калифорнийского университета продемонстрировали, что они могут сделать все тоже самое с помощью луча электронов, почти таким же образом, каким в рентгеновском лазере SLAC Linac Coherent Light Source (LCLS) вырабатывается луч рентгеновского излучения с заранее заданными параметрами.

Для получения "закрученного" света используются два лазера, работающих в импульсном режиме, один лазер производит импульсы свободных электронов, а второй лазер вырабатывает импульсы света, попадающие в колебательное резонансное устройство под названием ондулятор. Комбинация лазерного импульса и сложной формы магнитного поля ондулятора оставляет энергетический "отпечаток" на потоке электронов. Затем электроны проходят через другую систему магнитов, разгоняясь, как гоночные автомобили на вираже, и попадают на следующий участок, устроенный в виде штопора, где и закручиваются вокруг своей оси. Этот поток попадает в следующий ондулятор, поле которого заставляет электроны колебаться и излучать фотоны когерентного света определенной длины волны.

У такого метода получения луча "закрученного" света по сравнению с другими методами есть масса неоспоримых преимуществ. Такой "вращающий" лазер на свободных электронах может излучать не только свет, но и электромагнитные волны практически любого диапазона. Он может генерировать короткие и чрезвычайно яркие импульсы света, уже модулированного в трех измерениях передаваемой информацией. После некоторых доработок такая технология может привести к появлению коммуникационного оборудования способного передавать информацию на огромные расстояния со скоростями, на порядок или несколько превосходящими современные скорости передачи информации. А сами исследователи сообщают, что разработанная ими технология настолько нова, что они еще сами не выяснили весь потенциал, который скрыт в ней.

Источник: DailyTechInfo.