Der Drehimpuls der Umlaufbahn steigert die Multiplex-Holographie

Die optische Holographie ist eine leistungsstarke Methode zur Aufzeichnung und Rekonstruktion vollständiger optischer Feldinformationen, einschließlich Intensität und Phase. Es hat umfangreiche Anwendungen in verschiedenen Bereichen gefunden, beispielsweise in der optischen Anzeige, Bildgebung, Datenspeicherung, Verschlüsselung und Messtechnik. Mit der rasanten Entwicklung der Informationsgesellschaft ist die Notwendigkeit einer größeren Codierungsfreiheit zur Bewältigung der Herausforderungen bei hoher Sicherheit und hoher Kapazität deutlich geworden.

Während verschiedene physikalische Dimensionen des Lichts, wie Wellenlänge, Einfallswinkel, Polarisation und Zeit, in holographischen Systemen als unabhängige Informationskanäle dienen können, ist die Verfügbarkeit räumlicher Kanäle begrenzt. Nachdem die verfügbaren physikalischen Dimensionen für die Multiplex-Holographie ausgeschöpft waren, haben Forscher neue Möglichkeiten in der Dimension des Bahndrehimpulses (OAM) des Lichts entdeckt.

Durch die entsprechende Abtastung von Hologrammen im Impulsraum haben Forscher OAM als unabhängigen Informationsträger für die optische Holographie implementiert, was zu einer OAM-Multiplex-Holographie führte. Diese Technik bietet aufgrund der unendlichen Spiralmoden und der inhärenten Orthogonalität von OAM beispiellose Möglichkeiten der optischen Informationsverarbeitung.

Um das holographische Multiplexing weiter zu verbessern, haben Forscher der Soochow-Universität in China kürzlich einen neuen Ansatz namens Multiramp Helical Conical OAM (MHC-OAM) vorgeschlagen. Wie berichtet in Fortschrittlicher Photonik-NexusBei diesem Ansatz wird ein räumlicher Lichtmodulator (SLM) verwendet, um MHC-Strahlen mit unterschiedlichen Parametern zu erzeugen, die als Informationsverschlüsselungs- oder -entschlüsselungskanäle dienen können, wodurch die Möglichkeiten des holografischen Multiplexings erheblich erweitert werden.

Das Design basiert auf unabhängig modulierten MHC-Strahlparametern und ermöglicht räumlich beliebige MHC-Strahlwellenformen und verschiedene Arten der MHC-OAM-Holographie. Zusätzlich zu der von OAM beigesteuerten topologischen Ladung können drei weitere Parameter als Träger für die Kodierung und Dekodierung von Informationen dienen: die Anzahl der gemischten Multiramp-Schraubkantenversetzungen, der normalisierte Faktor und die Konstante des MHC-Strahls.

Die unterschiedliche Kombination der vier Parameter des MHC-Strahls kann zu einem höherdimensionalen holografischen Multiplexing mit dem Vorteil einer verbesserten Sicherheit führen.

Das mehrdimensionale MHC-OAM-Hologramm bietet zusätzliche Sicherheitsschlüssel und ermöglicht die Entwicklung fortschrittlicher verschachtelter optischer Verschlüsselungsplattformen. Diese Innovation revolutioniert bestehende optische Verschlüsselungsschemata mit begrenzter Datenkapazität oder geringer Sicherheit. Durch die Verwendung von MHC-OAM-Hologrammen zum Verschlüsseln und Entschlüsseln optischer Informationen basierend auf bestimmten MHC-Modi werden die codierten Informationen unempfindlich gegenüber bestimmten Brute-Force-Angriffen.

Das optische Verschlüsselungsverfahren bietet theoretisch unbegrenzte Informationskanäle und wird damit den wachsenden Anforderungen an eine parallele, hochsichere Informationsübertragung gerecht.

Laut Prof. Xiao Yuan, Hauptforscher am Key Laboratory of Advanced Optical Manufacturing Technologies der Universität Soochow, „kann der generische Designansatz der MHC-OAM-Multiplex-Holographie erweitert werden, um holographisches Multiplexing in höheren Dimensionen zu erreichen, beispielsweise durch die Kombination von Polarisation und Wellenlänge.“ von Licht. Dies eröffnet neue Möglichkeiten zur weiteren Verbesserung der Informationskapazität und Sicherheit in der optischen Holographie.“

Mit dem Potenzial unbegrenzter Informationskanäle und undurchdringlicher Verschlüsselung entwickelt sich die optische Holographie ständig weiter und wird den Anforderungen des Informationszeitalters gerecht.