Как повысить пропускную способность оптоволокна на несколько порядков?

Как повысить пропускную способность оптоволокна на несколько порядков?

Типичные значения скоростей передачи данных по одномодовому оптоволокну в настоящее время достигают 10 Гб/с. Если же требуются более высокие скорости, то используется технология спектрального уплотнения, заключающаяся в организации в одном оптоволокне нескольких каналов передачи информации путем направления в него соответствующего количества световых лучей с различными длинами волн, благодаря чему можно достичь суммарной величины пропускной способности одного оптоволокна почти в тысячу раз больше – до нескольких Тб/с.

Но и таких кажущихся сегодня большими скоростей в недалеком будущем окажется недостаточно для передачи постоянно увеличивающихся объемов информации, поэтому ученые ищут новые технологии оптической связи, которые смогут удовлетворить (а лучше – опередить) лавинообразно нарастающие требования к высокоскоростному трафику в оптоволоконных сетях.

Как повысить пропускную способность оптоволокна

Одна из таких перспективных технологий основывается на «закручивании» света в спираль перед его «отправкой» в оптоволокно. В спиралевидный фотонный пучок, как показали исследования, можно ввести значительно больше информации за единицу времени, чем в традиционный «прямой» луч. Такая возможность появляется вследствие того, что «закрученный» свет обладает дополнительным измерением, по сравнению с «прямым» (натуральным) светом. Это «третье» измерение описывается «орбитальным угловым моментом» – физической величиной, аналогичной «спину» электрона. Причем чем больше фотонный «спин», тем больше информации могут перенести фотоны.

Закручивание света в спираль

Еще одно важное свойство «закрученного» света заключается в том, что он распространяется в оптоволокне по внутренней поверхности цилиндрической границы раздела оптических сред прямолинейно, а не последовательно отражаясь от стенок цилиндра (по зигзагообразному пути), как это происходит с «прямым» светом. А значит путь «закрученного» света в оптоволокне короче, чем путь «прямого», и, соответственно, укорачивается интервал времени, затрачиваемый на доставку информационного сигнала от передатчика к приемнику.

Эти два свойства «закрученного» света обеспечивают повышение скорости передачи информации на несколько порядков выше, чем в существующих оптоволоконных системах. Правда, для полного раскрытия «скоростного потенциала» понадобится внесение изменений в технологию производства оптоволокна, но при использовании существующих оптоволоконных сетей скорость передачи данных в них может быть повышена не менее, чем в 100 раз.

Эти два свойства закрученного света

«Закрученный» свет умеют создавать в нескольких научных центрах мира, но лабораторное оборудование, применяемое для «закрутки» света, характеризуется очень большими габаритами (сравнимыми с объемом, занимаемым обеденным столом) и сложностью работы с ним. И вот недавно в Королевском мельбурнском технологическом институте (Royal Melbourne Institute of Technology – RMIT) прошла демонстрация прототипа микроминиатюрного фотонного чипа, который «самостоятельно закручивает свет» и служит устройством ввода в него данных, а в приемнике – выполняет декодирование данных, переданных «закрученным» светом.

Фотонный чип

Фотонный чип изготовлен на основе ультратонкой пленки теллурида сурьмы (ее толщина – 100 нм), в которой методом фокусируемой ионной литографии создана наноструктура, представляющая собой спираль Архимеда в виде канавки глубиной 50 нм (проходя по этой спирали, фотоны света приобретают орбитальный угловой момент). А для передачи «закрученного» света австралийскими учеными изготовлено стекловолокно с воздушной сердцевиной радиусом 5,4 мкм. На вход чипа направляется свет, генерируемый зеленым лазером (длина волны – 532 нм).