“翻转”光的波前消除了多模光纤的失真现象

当一个清晰的图像通过1km长的多模光纤从右向左传输时，其空间分布和偏振度会发生严重的变化。一种被称为矢量时间反转的技术，通过同时翻转两个偏振的扭曲图像的波前，从左向右通过光纤后可以形成一个无失真的图像。图片来源: Yiyu Zhou

  使用多模光纤可以提高互联网的信息容量，但在图像传输过程中会出现失真问题，这种失真现象被称为模态串扰。

  然而，Rochester大学光学研究所的研究人员发明了一种新技术，在Nature Communications杂志的一篇论文中描述了这种技术，它通过同时翻转两个偏振方向的图像的光的波前，这样可以使光线通过多模光纤传输而不发生失真 。South Florida大学和Southern California大学的研究人员合作完成了这个项目。

  第一作者Yiyu Zhou是Rochester实验室光学教授Robert Boyd的博士候选人，他在说明研究人员所面临的挑战时，用了一个多车道高速公路的类比。

  周说：“显然，多车道高速公路比单车道快；但如果快递员被迫从 a 线转到 b 线，包裹就会被送到错误的目的地。如果这种情况发生在多模光纤中——当一个空间模式在光纤传输过程中耦合到另一个空间模式时——这就是我们所说的模式串扰。我们希望解决这个问题。”

  研究人员为辅助的相位共轭设计的解决方案包括波前的数字预整形，和前向传播信号光束的偏振化，在一项实验中实现了时间向量反转。

  “当一束具有完美波前的光束通过多模光纤时，它会被严重扭曲。”Boyd 解释道，他同时也是加拿大非线性光学Ottawa大学量子研究中心的卓越研究主席。

  “如果我们用一面镜子把波阵面反射回来，它会变得更加扭曲。但是如果我们把它反射到镜子上，并且波前从前到后翻转，当波穿过扭曲介质时，失真就不会发生了。特别是，当扭曲介质是一个长的多模光纤时，我们需要同时对两种偏振进行这种处理。”

  研究人员证明，这种技术可以提高1km长的多模光纤的信道容量。

  周说：“我们的技术使标准的多模光纤实现了多路信道且可复用，这可以显着提高信道容量的光通信链路，它有可能将网速提高一到两个数量级。”