Учени превърнаха фотоните в светлинни торнада, проправяйки пътя към експлозивно увеличаване на честотната лента в оптиката

Капацитетът на канала на оптичните връзки се определя от много фактори – от дължината на вълната и фазите до поляризацията на светлината. В продължение на десетилетия учените въвеждат нови техники за предаване на фотони и кодиране, за да увеличат капацитета на такива системи.

Едно скорошно откритие обещава да увеличи многократно капацитета на оптичните канали, което е от особено значение за платформите за изкуствен интелект и центровете за данни.

Като основа за изследване на въздействието върху фотоните на различни сили с цел възможно кодиране на информация, учени от Университета на Мелбърн (Австралия) и техни колеги от Университета Ханянг (Южна Корея) са изследвали свързването на двуизмерни материали като графен. Такива материали могат да се слепват доста силно поради така наречените сили на Ван дер Ваалс. Те са по-слаби от атомното взаимодействие, но достатъчно силни, за да задържат надеждно слоестите материали един с друг, защото същите сили задържат дори много по-големи паяци, свободно движещи се по тавана.

Екипът от учени е открил нов начин за създаване на „светлинни вихри“ или спираловидни вихри от светлина с помощта на материя, задържана заедно от тази сила. Това може да доведе до увеличаване на скоростта, достъпността и сигурността на оптичните комуникационни системи, които използват оптични влакна за предаване на светлина на големи разстояния.

Въз основа на уникалните свойства на свръхтънките изкуствени слоести кристали, наречени материали на Ван дер Ваалс (vdW), екипът създава светлинни вихри в лабораторията, като работи с материали, по-тънки от човешки косъм. Досега създаването на такива вихри изискваше обемисто оборудване и скъпи експерименти. Но откритието може да доведе до революция в широколентовите оптични комуникации.

„Благодарение на спираловидната си структура светлинните вихри създават допълнително измерение за кодиране на информация. Подобно на създаването на допълнителни ленти в магистралата за данни, това ще позволи да се предава повече информация едновременно. Открихме, че когато кръгово поляризираната светлина, при която всички светлинни частици (фотони) се въртят в една и съща посока, попадне в материал със сили на Ван дер Ваалс, посоката ѝ на въртене се променя и тя придобива спираловидна форма, превръщайки се в оптичен вихър или светлинен вихър.“

обясняват учените

Този резултат е получен за първи път експериментално. Учените смятат, че технологията ще позволи многобитово кодиране на всеки фотон в зависимост от посоката му на въртене или други характеристики, което би могло да увеличи капацитета на оптичните комуникационни канали до 50 пъти.