光学复用实现前所未有的信息容量

发布时间：2024-06-20 15:36:27 栏目：精选百科

导读 光通信的未来变得更加光明。在 《先进光子学》杂志报道的 一项突破性进展中，南京大学的研究人员引入了等传播涡旋 (IPV)，这一新概念为...

光通信的未来变得更加光明。在 《先进光子学》杂志报道的 一项突破性进展中，南京大学的研究人员引入了等传播涡旋 (IPV)，这一新概念为科学家和工程师面临的长期挑战提供了解决方案：如何在克服传统涡旋光束的局限性的同时提高信息处理能力。



挑战：发散度和光束尺寸

多路复用光学自由度(例如偏振和波长)一直是增强通信容量的主要方法。然而，空间模分复用(使用正交空间模式，例如轨道角动量 (OAM) 模式(也称为涡旋光束))面临着重大障碍。当这些涡旋光束在自由空间中传播时，它们的光束尺寸总是与 OAM 不同，由于需要更大的接收器，因此对容量造成限制。

进入 IPV

IPV 代表着一种范式转变。与传统的涡旋光束不同，IPV 表现出与 OAM 无关的传播。换句话说，无论 OAM 模式如何，它们的光束大小在自由空间传播过程中保持一致。这一突破为空间模式多路复用通信、光纤数据传输甚至粒子操控开辟了令人兴奋的可能性。

IPV 的主要优势：

独立于 OAM 的传播：无论 OAM 模式如何，IPV 都能保持恒定的光束大小。此功能允许高效利用空间模式，而无需过大的接收器。

适应大气湍流：IPV 表现出增强的传输动态，同时降低了质量因数。即使在大气湍流下，它们仍然坚固耐用，使其成为实际应用的理想选择。

实验容量提升：研究团队对IPV复用和现有光学方案进行了彻底的比较。结果令人震惊，容量提升幅度从300%到惊人的808%。

应用和未来前景

IPV 的影响不仅限于通信。想象一下更快的数据传输速率、更高效的科学实验粒子操控以及更完善的光纤网络。随着我们深入挖掘 IPV 的潜力，从电信到科学仪器等各个行业都将受益匪浅。

通讯作者兼高级研究员丁建平博士对此表示乐观：“等速传播涡旋代表着我们在寻求更高性能方面迈出了一大步。我们很高兴探索它们的应用并与行业合作伙伴合作。”