数据限制可以随着新的光天线和“光环”消失

加州大学伯克利大学的研究人员已经找到了一种新的光波，可以从根本上增加他们携带的数据量的光波的性质。他们证明，从由同心环的天线发射离散的扭曲激光束，该天线大致等于人头发的直径，足够小以放置在计算机芯片上。

新的研究划大了单个光源可以同时传输的信息量。

加州大学伯克利大学的研究人员已经找到了一种新的光波，可以从根本上增加他们携带的数据量的光波的性质。他们证明，从由同心环的天线发射离散的扭曲激光束，该天线大致等于人头发的直径，足够小以放置在计算机芯片上。

新的工作，报告于2021年2月25日星期四，在Journal Nature物理学中发布的，通过相干光源划伤可以多路复用或同时传输的信息量。多路复用的常见示例是通过单线传输多个电话呼叫，但是对于可以直接复用的相干扭曲灯具的数量存在基本限制。

“这是第一次生产扭曲光线的激光已直接复用，”陈明虎委员会电气工程与计算机科学系陈明虎副教授的研究首席研究员BoubacarKanté。“我们一直在遇到我们世界中的数据爆发，我们现在的沟通渠道很快就会不足以实现我们所需要的。我们报告的技术克服了电流数据容量通过称为轨道角动量的光的特征来限制。它是一种游戏更换器，具有生物成像，量子密码，高容量通信和传感器的应用。“

Kanté还是劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）材料科学家的教师科学家，在UC San Diego开始研究后一直在UC Berkeley继续这项工作。这项研究的第一作者是Babak Bahari，这是一个前博士。康德斯的实验室的学生。

Kanté表示，当前通过电磁波传输信号的方法达到了限制。例如，频率已经变得饱和，这就是为什么只有这么多的电台可以在无线电上调整。偏振，其中灯具分为两个值 - 水平或垂直 - 可以增加传输的信息量。电影制作人在创建3D电影时利用这一点，让观众具有专门的眼镜，以接收两组信号 - 每次眼睛 - 以造成立体效果和深度的错觉。

利用涡旋中的潜力

但是超越频率和极化是轨道角动量，或奥姆，这是一种从科学家获得关注的光的属性，因为它提供了对数据传输的指数更大的能力。考虑OAM的一种方法是将其与龙卷风的漩涡进行比较。

“涡旋中的漩涡有着无限的自由度，原则上可以支持无限数量的数据，”邦克说。“挑战一直在寻找可靠地产生无限数量的OAM光束的方法。在这种紧凑的装置之前，没有人在这种紧凑的装置中产生了这种高电荷的OAM光束。“

研究人员开始了一个天线，电磁场中最重要的组成部分之一，并指出，在进行5G和即将到来的6G技术中。本研究中的天线是拓扑，这意味着即使当器件扭曲或弯曲时，它们也被保留了它们的基本特性。

创造光圈

为了使拓扑天线，研究人员使用电子束光刻将电网图案蚀刻到铟镓砷化物，半导体材料上，然后将结构粘合到由钇铁石榴石制成的表面上。研究人员设计了网格，以形成三个同心圆的图案的量子阱 - 直径约50微米的图案 - 捕获光子。设计创建的条件以支持称为光子量子霍尔效应的现象，这描述了当施加磁场时光子的运动，迫使光在环中仅在一个方向上行进。

“人们认为用磁场的量子霍尔效应可用于电子器件，但由于光学频率的现有材料的磁弱磁弱，因此不能在光学中使用，”Kanté说。“我们是第一个表明量子霍尔效果确实为光线工作。”

通过将垂直于其二维微结构的磁场施加，研究人员成功地生成了在表面上方的圆形轨道中行进的三个OAM激光束。该研究进一步表明，激光束具有大约276的量子数，参考其在一个波长围绕其轴线扭曲的次数。

“具有更大的量子数就像在字母表中使用更多的字母”，“邦克说。“我们允许光线扩展其词汇表。在我们的研究中，我们在电信波长上展示了这种能力，但原则上，它可以适应其他频带。即使我们创建了三个激光，乘以数据率为三个，也没有限制可能的光束和数据容量。“

Kanté说，他的实验室的下一步是使Quantum Hall环用电力作为电源。

参考：通过巴巴克巴哈里，礼义许，姒辉潘，达里尔普里斯，阿卜杜拉Ndao，埃尔的Abdelkrim Amili，Yeshaiahu Fainman和布巴卡尔坎特，2月25日，自然Physics.DOI“光子量子霍尔效应和复用的大的轨道角动量的光源”：
10.1038 / S41567-021-01165-8

该研究主要由海军研究办公室，国家科学基金会和伯克利实验室的实验室指导研发计划支持。