ในขณะที่ความต้องการในการรับส่งข้อมูลของโลกเพิ่มมากขึ้น วิธีการต่างๆ ที่เป็นที่ยอมรับในการส่งสัญญาณอิสระหลาย ๆ ตัวพร้อมกันผ่านใยแก้วนำแสงเดียว ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่ามัลติเพล็กซ์นั้นกำลังล้าหลัง สัปดาห์นี้ นักวิจัยสหรัฐรายงานความคืบหน้าสู่วิธีการมัลติเพล็กซ์ทางเลือกที่สามารถเพิ่มความจุของเครือข่ายใยแก้วนำแสงที่มีอยู่อย่างมากมาย
เทคนิคของพวกเขาอาศัยการควบคุมโมเมน
ตัมเชิงมุมของวงโคจร (OAM) ของแสงโดยใช้ไมโครเลเซอร์แบบชิป ในรายงานฉบับแยก พวกเขายังแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าพวกเขาสามารถตรวจจับ OAM ของแสงที่ “บิดเบี้ยว” นี้ทางอิเล็กทรอนิกส์ได้ เอกสารทั้งสองฉบับร่วมกันถือเป็นก้าวสำคัญสู่การทำมัลติเพล็กซ์ OAM ในการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติก และอาจมีผลกระทบต่อการสื่อสารควอนตัมด้วย
โฟตอนสามารถบรรทุกโมเมนตัมเชิงมุมได้สองประเภท ประการแรกคือโมเมนตัมเชิงมุมสปิน (SAM) ซึ่งเกิดขึ้นจากการหมุนของโพลาไรเซชันของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กของแสงเมื่อคลื่นแพร่กระจาย สัญญาณที่แยกจากกันสามารถเข้ารหัสได้ในรัฐโพลาไรซ์เหล่านี้ และในขณะที่ “การแบ่งมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งขั้ว” ดังกล่าวประสบปัญหาทางเทคนิค แต่ก็พบว่ามีการใช้งานเชิงพาณิชย์เฉพาะกลุ่ม และหลายบริษัทกำลังพัฒนาเพิ่มเติม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโฟตอนมีสถานะโพลาไรเซชันตั้งฉากเพียงสองสถานะ อย่างดีที่สุด มัลติเพล็กซ์ประเภทนี้สามารถเพิ่มความจุของไฟเบอร์ออปติกได้สองเท่า
โมเมนตัมเชิงมุมอีกประเภทหนึ่ง OAM เกิด
ขึ้นเมื่อหน้าคลื่นม้วนตัวรอบแกนของการแพร่กระจายเหมือนเส้นพาสต้า OAM ถูกวัดปริมาณ – หน้าคลื่นต้องปรากฏเหมือนกันหลังจากความยาวคลื่นเต็มแต่ละช่วง – แต่ไม่จำกัดว่าจะมีขนาดใหญ่เพียงใด ยังดีกว่าแต่ละรัฐของ OAM ตั้งฉากกับรัฐอื่น โดยหลักการแล้ว นี่หมายความว่าไฟเบอร์ออปติกทุกเส้นสามารถส่งสัญญาณจำนวนอนันต์ในแต่ละความยาวคลื่นโดยไม่มีการรบกวน
นั่นคือทฤษฎี ในทางปฏิบัติ สถานะของแสงที่มีค่า OAM สูงถึง 100 ได้ถูกสร้างขึ้น แต่การควบคุมนั้นต้องการการจัดการทางกายภาพของส่วนประกอบออปติคัลในลักษณะที่ไม่สามารถทำได้ในระบบการส่งข้อมูลที่ใช้งานได้ กลุ่มวิจัยหลายกลุ่มจึงได้พัฒนาวิธีการปรับ OAM ของแสงเลเซอร์ก่อนที่จะถูกปล่อยออกมา อย่างไรก็ตาม แนวทางนี้ต้องเผชิญกับข้อจำกัด Liang Fengวิศวกรด้านสายตาแห่งมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย สหรัฐอเมริกา กล่าว “คุณต้องมีเลเซอร์ภายนอกเพื่อป้อนแสงเข้าไป” เขาอธิบาย
ที่แย่กว่านั้นคือ OAM ของแสงไม่สามารถตรวจจับได้ด้วยเครื่องตรวจจับแสงแบบเดิม Ritesh Agarwalวิศวกรด้านสายตาและเพื่อนร่วมงานของ Feng ที่เพนซิลเวเนียกล่าวว่า “ในแง่ของ OAM ข้อมูลทั้งหมดอยู่ในช่วงของคลื่น “โดยทั่วไป เครื่องตรวจจับทั้งหมดจะนับจำนวนโฟตอนที่กระทบกับวัสดุ ณ จุดนั้น และสร้างกระแสโฟโต้โดยอิงจากข้อมูลนั้น ข้อมูลเฟสหายไป”
ควบคุมช่วงเวลานักวิจัยและเพื่อนร่วมงาน
จากเพนซิลเวเนียในสถาบันอื่น ๆ ได้ตีพิมพ์บทความต่อเนื่องใน หัวข้อ Scienceซึ่งนำเสนอวิธีที่จะเอาชนะอุปสรรคเหล่านี้ เอกสาร ฉบับแรกสร้างขึ้นจากผลงานของกลุ่มของเหลียงเฟิงที่มหาวิทยาลัยบัฟฟาโล สหรัฐอเมริกา ในปี 2559 โดยเขาและสมาชิกในห้องทดลองของเขาได้แยกโหมดไครัลเดี่ยว (ตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา) ในโหมดอินเดียมแกลเลียมอาร์เซไนด์ฟอสไฟด์ขนาดไมโครเมตรแบบวงกลม ช่องเลเซอร์ ความก้าวหน้านี้หมายความว่าแสงที่ส่งออกของเลเซอร์เดินทางในทิศทางเดียวเท่านั้นและถูกปล่อยออกมาด้วย OAM ที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำ
ในงานล่าสุด นักวิจัยแสดงวิธีการสลับเลเซอร์ที่คล้ายกันระหว่างโหมด OAM ต่างๆ การเพิ่ม “แขนควบคุม” ด้วยกล้องจุลทรรศน์สองอันรอบช่องช่วยให้สามารถควบคุม SAM ของโฟตอนได้ และด้วยเหตุนี้จึงสามารถเลือกโหมดไครัลซึ่งล็อกไว้ด้วย SAM การปรับเปลี่ยนช่องด้วยชุด “ฟันเฟือง” ทำให้สามารถเปลี่ยน SAM เป็น OAM ดังนั้นพวกมันจึงสามารถเพิ่ม OAM ของแสงได้มากขึ้นโดยการฉีด SAM เพิ่มเติมจากแขนควบคุม และใช้ข้อกำหนดที่จะอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุมทั้งหมด (ผลรวมของ OAM และ SAM)
ผลลัพธ์ที่ได้คือเลเซอร์ขนาดไมโครเมตรที่สามารถสลับระหว่างสถานะ OAM ที่มีความบริสุทธิ์สูงได้ทุกแห่งตั้งแต่ +2 ถึง -2 ซึ่งอาจอยู่ในพิโควินาทีโดยไม่เปลี่ยนความยาวคลื่นเอาต์พุตจาก 1493 นาโนเมตรที่เป็นมิตรต่อโทรคมนาคม สำหรับการทดลองเหล่านี้ นักวิจัยได้ปั๊มไมโครเลเซอร์ด้วยเลเซอร์ขนาด 1064 นาโนเมตร แต่ Feng ผู้เขียนอาวุโสของงานกล่าวว่าสิ่งนี้ไม่จำเป็น “สำหรับการใช้งานจริงโดยหลักการแล้วเราสามารถเปลี่ยนการสูบน้ำด้วยแสงเป็นการสูบด้วยไฟฟ้า” เขากล่าว
การตรวจจับที่ไม่ใช่ในเครื่องในรายงานฉบับที่สอง Agarwal และเพื่อนร่วมงานระบุ “ปรากฏการณ์โฟโตกัลวานิกในวงโคจร” ซึ่งแสงสามารถถ่ายโอน OAM และพลังงานไปยังอิเล็กตรอนได้พร้อมกัน สิ่งสำคัญที่สุดคือ Agarwal อธิบายว่าการตรวจจับ OAM จะต้องไม่ใช่ในพื้นที่ ซึ่งหมายความว่าสามารถทำได้โดยการเปรียบเทียบค่าในหลายตำแหน่งเท่านั้น “ในการตรวจจับเฉพาะที่ คุณจะวัดโฟโตเคอร์เรนต์ที่สอดคล้องกันตามความเข้ม ณ จุดนั้น” เขากล่าว “ด้วยการใช้ OAM ข้อมูลที่เกี่ยวข้องทั้งหมดอยู่ในเฟสเพราะแสงหมุนไปรอบๆ” Agarwal กล่าวว่าข้อมูลนี้ไม่สามารถตรวจพบได้ที่จุดใดจุดหนึ่ง แต่มีอยู่ในความลาดเอียงของสนามไฟฟ้าและสามารถผลิตกระแสไฟได้
Agarwal และเพื่อนร่วมงานจึงออกแบบและประดิษฐ์เครื่องตรวจจับที่ใช้อิเล็กโทรดรูปตัวยูที่ทำจากทังสเตนไดเทลลูไรด์ซึ่งเป็นวัสดุประเภทพิเศษที่เรียกว่าWeyl semimetalเพื่อรับโฟโตเคอร์เรนต์นี้ “เราต้องสร้างรูปทรงของอุปกรณ์ที่น่าสนใจมาก ๆ เพื่อดึงข้อมูลเกี่ยวกับเฟส และทำให้แน่ใจว่าสิ่งอื่น ๆ ที่เราไม่ต้องการจะถูกยกเลิก” Agarwal อธิบาย
นักวิจัยได้โฟกัสลำแสงเลเซอร์ที่มีความถี่และความเข้มคงที่ที่ศูนย์กลางของการตั้งค่าอิเล็กโทรด และเปลี่ยน OAM ระหว่าง +4 ถึง -4 ปัจจุบันเครื่องตรวจจับของพวกเขาวัดได้หลากหลายในขั้นตอนที่ไม่ต่อเนื่องซึ่งตรงกับการคาดการณ์ตามทฤษฎี Agarwal คาดการณ์ว่าหากเครื่องตรวจจับถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิตัวนำยิ่งยวด ก็สามารถนำมาใช้ในการตรวจจับโฟตอนเดี่ยว ซึ่งเป็นความสามารถที่มีนัยสำคัญสำหรับการสื่อสารควอนตัมและโปรโตคอลการคำนวณควอนตัมที่เกี่ยวข้องกับ “ควิดิต” หรือโฟตอนที่มีสถานะที่เป็นไปได้หลายสถานะเกิน 0 และ 1
Credit : jpperfumum.com lostsocksoftware.com luxuryleagueaustin.net minervagallery.org mypercu.com
