Витой свет может повысить скорость передачи данных
Twisted light could boost data transmission
Витой свет переносит информацию более чем на 1 км в оптическом волокне
Новый тип оптического волокна, способного пропускать «витой» свет на большие расстояния был разработан исследователями в США, Израиле и Дании. Их «вихревое волокно» и соответствующие технологии кодирования и декодирования позволяют передавать данные, используя состояния света с орбитальным угловым моментом (OУM). В принципе, система может быть использована для увеличения скорости, с которой информация может быть пропущена по оптическому волокну - и в конечном счете может повысить пропускную способность данных сети Интернет.
Для увеличения количества информации, передаваемой через Интернет, исследователи ищут новые способы повышения информационной емкости оптических волокон, используемых в цифровой связи. Хоть и имеется несколько новых схем в стадии разработки, но все они имеют недостатки, такие, как потребность в интенсивной обработке сигнала или необходимость сложных многоядерных волокон.
Недавно ученые показали, что информация может быть закодирована в ОУМ света. Свет с OУM имеет волновой фронт, вращающийся вокруг оси распространения, создавая спираль или вихрь. Обыкновенный луч света отличается тем, что имеет волновой фронт с ориентацией, остающейся неизменной относительно направления его распространения.
Проблемы слияния
В принципе, OУM можно объединить с обычным мультиплексированием, чтобы повысить скорость передачи данных по оптическим волокнам. Основная проблема при этом в том, что даже малейший изгиб, поворот или изменение температуры в оптоволокне может послужить причиной того, что свет из одной моды ОУМ-передачи, перескочит в другие моды. Это слияние мод приводит к быстрой потере информации, и тогда OУM-кодированные данные можно будет передавать на расстояние меньше метра по обычному оптоволокну.
Новую систему, которая обходит эту проблему, создал Сиддхарт Рамачандран (Siddharth Ramachandran) и его коллеги из Бостонского университета, группа Алана Уильнера (Alan Willner) из Университета в Южной Калифорнии (USC), исследователи из Тель-Авивского университета и фирма по изготовлению волокон OFS-Fitel, Дания.
Согласно Рамачандрана, руководившего разработкой волокна, новая система устроена так, что фазовые скорости OУM-мод разные. Это сводит к минимуму вероятность связи между модами при распространении сигнала вдоль волокна.
Круг и кольцо
В центре их нового волокна имеется область около 8 мкм в диаметре, содержащая внутренний круг и концентрическое кольцо. И круг, и кольцо имеют показатели преломления больше, чем остальная часть волокна. Такое волокно предназначено для передачи четырех различных мод - двух мод с нулевым OУM, распространяющихся по внутренней круглой сердцевине и двух ненулевых OУM-мод, которые распространяются в наружном кольце. Наряду с минимизацией связи между нулевыми OУM-модами и ненулевымиOУM-модами, конструкция также уменьшает взаимодействие между OУM-модами и двумя «паразитными» модами, которые могут возникнуть в волокне.
Около 1,1 км волокна было изготовлено фирмой OFS-Fitel. «Мы намеревались показать работоспособность идеи только на волокнах, которые могут быть получены в реальном производстве, и все технологические операции были идентичны тем, которые используются в коммерческом производстве оптических волокон», объясняет Рамачандран.
Разработку системы кодирования и декодирования OУM-импульсов возглавлял Уильнер (Willner) из Университета в Южной Калифорнии. Система кодирования данных на четыре отдельных канала названа OУM-мультиплексированием раздельных мод (OAM-MDM - OAM mode-division multiplexing). Каналы различаются по значениям OУM (0 или 1) и круговой поляризации (-1 или +1) света. Используя только эти четыре моды, исследователи смогли передать информацию по оптоволокону на расстояние 1,1 км со скоростью 400 Гбит/с.
Восемь Blu-Ray в секунду
Система также способна воспроизводить каждый квартет OУM-мод на 10 различных длинах волн света - метод, называемый спектральным уплотнением каналов (WDM - wavelength-division multiplexing). Это увеличило скорость передачи данных до 1,6 Тбит/с, что эквивалентно передаче восьми Blu-Ray дисков в секунду. Хотя такая скорость передачи данных обычно достигается за счет коммерческих систем WDM, это первый случай, когда передача информации на основе OУM была реализована на расстояние больше чем на метр.
Рамачандран считает, что осуществленная передача может дать новый толчок исследований по минимизации потерь в системе. «Одна хорошая вещь реализована с волокном, изготовленным на реальной производственной линии и это дает нам надежду, что, если где то или когда то потребуются OУM-поддерживающие волокна, то наш подход окажется востребованным», добавляет он.