Оптическая антенна может обеспечить безграничную полосу пропускания

Оптическая антенна, разработанная исследователями из Калифорнийского университета в Беркли, в принципе, может обеспечить безграничную полосу пропускания. Технология использует преимущество орбитального углового момента (OAM) характеристики света, которая обеспечивает мультиплексирование или одновременную передачу, экспоненциально превосходящую существующую технологию когерентной передачи.

По словам Бубакара Канте (Boubacar Kanté), возглавляющего группу ученых и Ченмин Ху (Chenming Hu), доцента факультета электронной инженерии и информатики Калифорнийского университета в Беркли, современные методы передачи сигналов с помощью электромагнитных волн приближаются к своему пределу. Частоты становятся «засоренными» и, хотя процесс и эффект поляризации могут удвоить объем информации, который может быть мультиплексирован, возникает необходимость в расширении возможностей передачи данных за пределы современных технологий.

Художественное изображение топологической антенны, содержащей три квантовые ямы в концентрических кругах, предназначенных для создания квантового эффекта Холла, изображенного над поверхностью антенны.

"Мы переживаем бум данных в нашем мире и каналы связи, которые у нас есть сейчас скоро станут недостаточными для того, что нам нужно, сказал Канте. Технология, о которой мы сообщаем, преодолевает существующие ограничения объема данных за счет характеристики света, называемой орбитальным угловым моментом".

По словам Канте, концептуально OAM можно понять, сравнив его с вихрем торнадо.

"Вихрь в свете с его бесконечными степенями свободы, в принципе, может поддерживать неограниченное количество данных», сказал он. Задача заключалась в том, чтобы найти надежный, который позволит создавать бесконечное количество лучей OAM. Никто никогда раньше не производил пучки OAM с такими высокими зарядами в таком компактном устройстве".

Исследователи создали топологическую антенну, вытравив сетку на фосфиде арсенида индия-галлия, полупроводниковом материале, который затем прикрепили к поверхности железоиттриевого граната. Сетка была разработана для формирования квантовых ям, в виде трех концентрических кругов, самая большая из которых имеет диаметр около 50 мкм, для захвата фотонов.

Конструкция позволила создать необходимые условия для фотонного квантового эффекта Холла, который описывает движение фотонов при приложении магнитного поля, заставляя свет двигаться только в одном направлении в кольцах.

"Люди думали, что квантовый эффект Холла с магнитным полем можно использовать в электронике, но не в оптике из-за слабого магнетизма существующих материалов на оптических частотах, - сказал Канте. Новая работа показала, что квантовый эффект Холла действительно работает для света".

Применяя магнитное поле, перпендикулярное их двумерной микроструктуре, исследователи создали три лазерных луча OAM. Эти лучи двигались по круговым орбитам над поверхностью. Эксперименты показали, что квантовые числа лучей достигают 276, что означает количество поворотов света вокруг своей оси на одной длине волны.

Исследование продемонстрировало возможность работы на длинах волн электросвязи, хотя Канте сказал, что концептуально его можно адаптировать и для других частотных диапазонов. По его словам, несмотря на то что в ходе исследования было создано всего три луча, их потенциальное количество безгранично.

Далее ученые планируют сосредоточиться на создании квантовых колец Холла, использующих электричество в качестве источника энергии.

15.03.2021

По материалам Photonics

Заявка на звонок

В форме есть ошибки

Мы перезвоним Вам с 9:00 до 18:00 по Москве

Исправление ошибки

Спасибо за помощь в контроле качества нашего ресурса!