Революция структурированного света: продемонстрирована бесшумная оптическая связь

Пространственные структуры света открывают огромные перспективы для кодирования в оптической связи, но прогрессу мешает их восприимчивость к искажениям, например, из-за атмосферной турбулентности или изгиба оптоволокна.

Исследователи из Университета Витватерсранда (Wits) в ЮАР разработали новый протокол оптической связи, который использует пространственные структуры света для многомерного кодирования таким образом, что не требуется распознавания паттернов. Это позволяет преодолеть прежнее ограничение модального искажения в зашумленных каналах. 

В качестве результата своей работы исследователи продемонстрировали новое современное кодирование более 50 векторных световых шаблонов, которые передаются через турбулентную среду практически без помех. А это, в свою очередь, открывает новый подход к оптической связи с высокой скоростью передачи данных. Исследование вышло в Laser & Photonics Reviews.

В своей работе ученые описывают применение нового инвариантного свойства векторного света для кодирования информации. Инвариантность — это свойство величины оставаться неизменной при изменениях условий.

Величина, которую команда называет «векторностью», масштабируется в пределах от 0 до 1 и не меняется при прохождении через зашумленный канал. В отличие от традиционной амплитудной модуляции, при которой изменяемым параметром сигнала выступает его амплитуда, равная 0 или 1, команда Wits использовала инвариантность, разделив «векторность» в диапазоне от 0 до 1 на более чем 50 частей: 0, 0,02, 0,04 и т. д. до 1. Таким образом команда получила кодирующий «алфавит» из 50 символов.

Так как канал, по которому отправляется информация, не искажает векторность, отправитель и получатель всегда имеют одно и то же значение, следовательно, передача информации происходит без помех.

В предыдущих исследованиях основным препятствием выступали естественные искажения зашумленных каналов. В новом исследовании его получилось преодолеть за счет использования световых шаблонов таким образом, который не требует их «распознавания». Так вышло игнорировать искажения зашумленных каналов. Инвариантная величина просто «суммирует» свет в специализированных измерениях, выявляя величину, которая вообще не восприимчива к искажениям.

Таким образом, для создания и обнаружения векторной модуляции требуется не что иное, как обычная технология связи, позволяющая немедленно развернуть новый модальный протокол в реальных условиях.

Авторы разработки уже приступили к ее испытаниям в открытом космосе и уверены, что подход может работать и в других зашумленных каналах, в том числе под водой.