Революция в передаче данных: крошечные вихри света расширяют пропускную способность оптоволокна в 8-16 раз

В современном цифровом мире данные часто кодируются в лазерном свете и передаются по оптоволоконным кабелям. Лазеры создают световые импульсы, которые проходят через тонкие стеклянные или пластиковые волокна. Эти импульсы кодируют информацию, а волокно направляет свет за счёт полного внутреннего отражения. На другом конце приемник расшифровывает световые сигналы в данные. Однако по мере роста спроса на данные ученые постоянно ищут новые способы увеличения объема информации, которую можно передать по кабелю.

Суть метода состоит в создании небольших световых ураганов или «лазерных штормов», которые могут переносить данные новыми эффективными способами.

Подход команды заключается в манипулировании металлическими наночастицами — крошечными элементами намного меньше человеческого волоса, которые взаимодействуют с электрическими полями. Расположив эти частицы в определенных узорах, известных как «квазикристаллы», ученые смогли создать сложные световые вихри, которые потенциально могут переносить большие объемы информации. 

Лазерные вихри — это уникальные лучи с темным центром, окруженным кольцом яркого света. Темный центр вихря очень похож на глаз бури — это тихая и спокойная область в центре сильного циклона (например, урагана). Вокруг неё бушует самая мощная часть шторма с сильными ветрами и дождями, но внутри глаза почти нет ветра и осадков. Точно так же образуется темный центр лазерного вихря: окружающее его электрическое поле направлено в разные стороны, создавая эффект завихрения.

Ученым давно известно, что форма и расположение частиц могут влиять на тип создаваемого светового вихря. Например, простые квадратные или шестиугольные расположения частиц создают одинарные или двойные вихри, в то время как более сложные расположения, например, восьмиугольники, производят более замысловатый световой шторм.

Исследователи открыли способ создания форм, которые могут поддерживать любые виды лазерных ураганов, что потенциально расширяет возможности кодирования данных в свете. Для этого они использовали около 100 000 металлических наночастиц, толщиной примерно в одну сотую часть человеческого волоса. Ученые поместили эти частицы в области электрического поля, где практически нет вибраций — это так называемые «мертвые зоны», что позволило им изолировать и контролировать эти части электрического поля.

Ученые предполагают, что лазерные ураганы можно отправлять по оптоволоконным кабелям и распаковывать их только в пункте назначения. Такой метод отправки позволит хранить информацию в гораздо меньшем пространстве и передавать гораздо больше данных за раз. 

Пока что проект находится на ранней стадии, и до практического применения, вероятно, потребуются годы инженерной работы, но это то, что может изменить способ передачи информации по сети во всем мире.