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光学角动量打破数据上限

2021-3-3 08:51| 发布者: vantsing| 查看: 312| 评论: 0

摘要: 2021年3月1日,加利福尼亚州伯克利—由加州大学伯克利分校的研究人员开发的光学天线原则上可以提供无限的带宽。这项技术利用了轨道角动量(OAM),这是一种光的特性,它可以实现多路复用或同时传输,比目前的技术要 ...

202131日,加利福尼亚州伯克利—由加州大学伯克利分校的研究人员开发的光学天线原则上可以提供无限的带宽。这项技术利用了轨道角动量(OAM),这是一种光的特性,它可以实现多路复用或同时传输,比目前的技术要大得多。

该研究的主要研究者胡晨明副教授(加州大学伯克利分校工程与计算机科学系)表示:目前通过电磁波传输信号的方法已经接近极限,频率正在变得阻塞,虽然偏振的过程和影响能够使可复用的信息量增加一倍,但有必要扩大数据通信能力,使之超过当前技术。

上图描绘了在同心圆中包含三个量子阱的拓扑天线,这样设计的目的是为产生量子霍尔效应。

坎特说:“我们一直在经历着世界上爆炸式增长的数据,现在我们拥有的通信渠道将无法满足我们的需求。我们报告的技术通过称为轨道角动量的光特征克服了当前的数据容量限制。”

Kanté说:“通过将其与龙卷风的旋涡进行类比,可以有助于理解OAM。”

他说:“光的旋涡具有无限的自由度,原则上可以支持无限量的数据。主要困难是在于需要找到一种可靠地产生无限多个OAM波束的方法。从来没有人在如此紧凑的设备中产生过如此高电荷的OAM光束。”

研究人员通过在半导体材料砷化铟镓磷中蚀刻网格图案来创建拓扑天线,然后将其粘结到钇铁石榴石的表面上。栅格设计为以三个同心圆的形式形成量子阱,其中最大同心圆的直径约为50μm,以捕获光子。

该设计为光子量子霍尔效应创造了必要条件,该条件描述了施加磁场时光子迫使在环中仅沿一个方向传播。

Kanté说:“人们认为带有磁场的量子霍耳效应可用于电子设备,而不能用于光学设备,因为现有材料在光频率上的磁性很弱。新的工作表明量子霍尔效应确实对光有效。”

通过施加垂直于其二维微观结构的磁场,研究人员产生了三束OAM激光束。这些光束沿表面上方的圆形轨道行进。实验表明,光束的量子数高达276(光在一个波长内绕其轴扭曲的次数)。

这项研究证明了在电信波长下的能力,尽管Kanté表示:从概念上讲,它可以适用于其他频段。他说:“尽管这项研究创造了三束光,但潜在的数量是无限的”。

该实验室接下来将重点研究使用电作为动力源的量子霍尔环。


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