最近，美國、以色列、丹麥的研究人員開發(fā)了一種可以用于遠距離傳播“扭曲”光線的新型光纖。他們的渦性光纖以及相關(guān)的編、解碼技術(shù)使得數(shù)據(jù)以軌道角動量態(tài)進行傳播。原則上，該系統(tǒng)可用于提高信息在光纖中的傳播速度，最終提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信能力。

隨著越來越多的信息借由網(wǎng)絡(luò)為途徑得以傳播，研究人員正尋找一種通過光纖加快數(shù)據(jù)傳播速度的新方式，這種光纖擁有數(shù)字通信能力。盡管現(xiàn)有許多待展開的方案，它們都存在著瑕疵，例如它們需要密集的信號處理或者是復(fù)雜的多核纖維。

最近，科學(xué)家們表示信息可以以光的軌道角動量的形式進行編碼。光在這種形式下的波陣面繞著傳播軸旋轉(zhuǎn)，造成一種漩渦和螺旋。相比之下普通激光束的波陣面沿著固定方向傳播。

連接問題

原則上來說，軌道角動量可經(jīng)由傳統(tǒng)的多路技術(shù)進行組合，以加速數(shù)據(jù)在光纖中的傳播速度。然而，一個重要問題在于纖維中一絲一毫的彎曲、扭轉(zhuǎn)以及溫度的變化就會導(dǎo)致其傳播模式的轉(zhuǎn)變。這種多模式連接會造成信息的快速流失，以傳統(tǒng)光纖傳播這種編碼的數(shù)據(jù)其揚程不會超過1米。

森德哈斯 拉馬錢德蘭和他在波士頓大學(xué)的同事，南加州大學(xué)(USC)的艾倫 韋爾納團隊，特拉維夫大學(xué)的研究人員和丹麥纖維制造商OFS-Fitel共同創(chuàng)造出了解決這一問題的新系統(tǒng)。

據(jù)拉馬錢德蘭——纖維開發(fā)領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物所說，新系統(tǒng)經(jīng)特意設(shè)計使得在軌道角動量模式下的相速度變得各不相同。這使得信號通過光纖傳播時不同模式之間耦合的概率大大降低。

渦型纖維的交面

圓和環(huán)

他們創(chuàng)造的這種新型纖維中間有一個直徑大小為8微米，由內(nèi)部小圓和同軸圓環(huán)組成的區(qū)域。(見圖“渦型纖維的交面”)這兩個區(qū)域的折射率比其他部分纖維的折射要大得多。這種纖維是專為用于4種各異的模式而設(shè)計的——在內(nèi)循環(huán)中傳播的2種絕對軌道角動量模式以及在外環(huán)路中傳播的2種軌道角動量模式。這樣的設(shè)計也能將這兩類模式之間的耦合降到最低。不僅如此，它還能降低其與纖維中可能存在的寄生振蕩模式之間的耦合。

OFS-Fitel制造了長約1.1千米的光纖。“我們打算借由這次展示來證明實際制作出來的光纖是可以運作的，我們每一步制作工序和商業(yè)光纖的制造工序是一致的。“拉馬錢德蘭解釋道。

南加州大學(xué)的韋爾納是軌道角動量模式脈沖的編、解碼領(lǐng)域的佼佼者。

軌道角動量模式多路分割技術(shù)(OAM-MDM)被編譯后，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進行編碼，并放入4個不同的通道。它們是根據(jù)光的軌道角動量模式(0或1)和圓偏振(-1或1)來定義的。借由這4個模式，該團隊便實現(xiàn)了將數(shù)據(jù)以400吉比特每秒的速度沿光纖傳播1.1千米的技術(shù)。

8倍于藍光的傳播速度

該系統(tǒng)同樣可以以10種不同的光波波長重現(xiàn)軌道角動量模式中的任何一個——這被稱之為波長分離多重技術(shù)(WDM)。這將速度提升到了1.6太比特每秒——相當于8倍的藍光光碟每秒的傳送速度。盡管這一數(shù)據(jù)速度還是毫無新意地由商業(yè)波長分離多重技術(shù)系統(tǒng)來實現(xiàn)的，但這次基于軌道角動量模式的傳播距離首超1米。

拉馬錢德蘭相信通過降低系統(tǒng)的損耗，傳播距離會更遠。”把纖維制品投入實際生產(chǎn)線將給我們帶來希望，假設(shè)軌道角動量模式支持的纖維得到青睞時，我們的方案早已解決了工藝上的難題“他補充道。