Optisches Multiplexing für beispiellose Informationskapazität

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Die Zukunft der optischen Kommunikation ist gerade rosiger geworden. In einer Entwicklung berichtet in Fortgeschrittene PhotonikForscher der Universität Nanjing haben Isopropagationswirbel (IPVs) eingeführt, ein neuartiges Konzept, das eine Lösung für eine seit langem bestehende Herausforderung von Wissenschaftlern und Ingenieuren bietet: Wie kann die Informationsverarbeitungskapazität erhöht und gleichzeitig die Einschränkungen herkömmlicher Wirbelstrahlen überwunden werden?

Das Multiplexen optischer Freiheitsgrade wie Polarisation und Wellenlänge war ein wesentlicher Faktor bei der Verbesserung der Kommunikationskapazität. Allerdings steht das räumliche Modenmultiplexing, das orthogonale räumliche Moden wie Orbitalwinkelimpuls-Modi (OAM) (auch als Wirbelstrahlen bezeichnet) verwendet, vor einer erheblichen Hürde.

Während sich diese Wirbelstrahlen durch den freien Raum ausbreiten, divergiert ihre Strahlgröße unweigerlich mit der OAM, was aufgrund der Notwendigkeit größerer Empfänger zu Kapazitätsbeschränkungen führt.

Geben Sie IPVs ein

IPVs stellen einen Paradigmenwechsel dar. Im Gegensatz zu herkömmlichen Wirbelstrahlen weisen IPVs eine OAM-unabhängige Ausbreitung auf. Mit anderen Worten: Ihre Strahlgröße bleibt während der Ausbreitung im freien Raum unabhängig vom OAM-Modus konstant. Dieser Durchbruch eröffnet aufregende Möglichkeiten für die räumliche Modenmultiplex-Kommunikation, die Datenübertragung über Glasfaser und sogar die Partikelmanipulation.

Hauptvorteile von IPVs:

  • OAM-unabhängige Ausbreitung: IPVs behalten unabhängig vom OAM-Modus eine konstante Strahlgröße bei. Diese Funktion ermöglicht eine effiziente Nutzung räumlicher Moden, ohne dass übermäßig große Empfänger erforderlich sind.
  • Widerstandsfähigkeit gegenüber atmosphärischen Turbulenzen: IPVs weisen eine verbesserte Übertragungsdynamik bei reduzierten Qualitätsfaktoren auf. Selbst unter atmosphärischen Turbulenzen bleiben sie robust und eignen sich daher ideal für reale Anwendungen.
  • Experimentelle Kapazitätsverbesserungen: Das Forschungsteam führte gründliche Vergleiche zwischen IPV-Multiplexing und bestehenden optischen Schemata durch. Die Ergebnisse waren erstaunlich: Die Kapazitätsverbesserungen reichten von 300 Prozent bis zu erstaunlichen 808 Prozent.

    • Bewerbungen und Zukunftsaussichten

    Die Auswirkungen von IPVs gehen über die Kommunikation hinaus. Stellen Sie sich schnellere Datenübertragungsraten, eine effizientere Partikelmanipulation in wissenschaftlichen Experimenten und verbesserte Glasfasernetze vor. Da Forscher tiefer in das Potenzial von IPVs eintauchen, werden Branchen von der Telekommunikation bis zur wissenschaftlichen Instrumentierung erheblich davon profitieren.

    Dr. Jianping Ding, korrespondierender Autor und leitender Forscher, sagte: „Iso-Ausbreitungswirbel stellen einen Fortschritt in unserem Streben nach größerer Informationskapazität dar. Wir freuen uns darauf, ihre Anwendungen zu erkunden und mit Industriepartnern zusammenzuarbeiten.“

    Mehr Informationen:
    Wenxiang Yan et al., Iso-Ausbreitungswirbel mit OAM-unabhängiger Größe und Divergenz in Richtung zukünftiger schnellerer optischer Kommunikation, Fortgeschrittene Photonik (2024). DOI: 10.1117/1.AP.6.3.036002

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