扭曲的光線可在逾千米光纖中傳播數(shù)據(jù)

扭曲的光線能加快數(shù)據(jù)傳播的發(fā)展

        最近，美國、以色列、丹麥的研究人員開發(fā)了一種可以用于遠(yuǎn)距離傳播“扭曲”光線的新型光纖。他們的渦性光纖以及相關(guān)的編、解碼技術(shù)使得數(shù)據(jù)以軌道角動(dòng)量態(tài)進(jìn)行傳播。原則上，該系統(tǒng)可用于提高信息在光纖中的傳播速度，最終提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信能力。

        隨著越來越多的信息借由網(wǎng)絡(luò)為途徑得以傳播，研究人員正尋找一種通過光纖加快數(shù)據(jù)傳播速度的新方式，這種光纖擁有數(shù)字通信能力。盡管現(xiàn)有許多待展開的方案，它們都存在著瑕疵，例如它們需要密集的信號處理或者是復(fù)雜的多核纖維。

        最近，科學(xué)家們表示信息可以以光的軌道角動(dòng)量的形式進(jìn)行編碼。光在這種形式下的波陣面繞著傳播軸旋轉(zhuǎn)，造成一種漩渦和螺旋。相比之下普通激光束的波陣面沿著固定方向傳播。

連接問題

        原則上來說，軌道角動(dòng)量可經(jīng)由傳統(tǒng)的多路技術(shù)進(jìn)行組合，以加速數(shù)據(jù)在光纖中的傳播速度。然而，一個(gè)重要問題在于纖維中一絲一毫的彎曲、扭轉(zhuǎn)以及溫度的變化就會導(dǎo)致其傳播模式的轉(zhuǎn)變。這種多模式連接會造成信息的快速流失，以傳統(tǒng)光纖傳播這種編碼的數(shù)據(jù)其揚(yáng)程不會超過1米。

        森德哈斯 拉馬錢德蘭和他在波士頓大學(xué)的同事，南加州大學(xué)（USC）的艾倫 韋爾納團(tuán)隊(duì)，特拉維夫大學(xué)的研究人員和丹麥纖維制造商OFS-Fitel共同創(chuàng)造出了解決這一問題的新系統(tǒng)。

        據(jù)拉馬錢德蘭——纖維開發(fā)領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物所說，新系統(tǒng)經(jīng)特意設(shè)計(jì)使得在軌道角動(dòng)量模式下的相速度變得各不相同。這使得信號通過光纖傳播時(shí)不同模式之間耦合的概率大大降低。

                                                                                                    渦型纖維的交面

圓和環(huán)

        他們創(chuàng)造的這種新型纖維中間有一個(gè)直徑大小為8微米，由內(nèi)部小圓和同軸圓環(huán)組成的區(qū)域。（見圖“渦型纖維的交面”）這兩個(gè)區(qū)域的折射率比其他部分纖維的折射要大得多。這種纖維是專為用于4種各異的模式而設(shè)計(jì)的——在內(nèi)循環(huán)中傳播的2種絕對軌道角動(dòng)量模式以及在外環(huán)路中傳播的2種軌道角動(dòng)量模式。這樣的設(shè)計(jì)也能將這兩類模式之間的耦合降到最低。不僅如此，它還能降低其與纖維中可能存在的寄生振蕩模式之間的耦合。

        OFS-Fitel制造了長約1.1千米的光纖。“我們打算借由這次展示來證明實(shí)際制作出來的光纖是可以運(yùn)作的，我們每一步制作工序和商業(yè)光纖的制造工序是一致的。“拉馬錢德蘭解釋道。

        南加州大學(xué)的韋爾納是軌道角動(dòng)量模式脈沖的編、解碼領(lǐng)域的佼佼者。

        軌道角動(dòng)量模式多路分割技術(shù)（OAM-MDM）被編譯后，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，并放入4個(gè)不同的通道。它們是根據(jù)光的軌道角動(dòng)量模式（0或1）和圓偏振（-1或1）來定義的。借由這4個(gè)模式，該團(tuán)隊(duì)便實(shí)現(xiàn)了將數(shù)據(jù)以400吉比特每秒的速度沿光纖傳播1.1千米的技術(shù)。

8倍于藍(lán)光的傳播速度

        該系統(tǒng)同樣可以以10種不同的光波波長重現(xiàn)軌道角動(dòng)量模式中的任何一個(gè)——這被稱之為波長分離多重技術(shù)（WDM）。這將速度提升到了1.6太比特每秒——相當(dāng)于8倍的藍(lán)光光碟每秒的傳送速度。盡管這一數(shù)據(jù)速度還是毫無新意地由商業(yè)波長分離多重技術(shù)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，但這次基于軌道角動(dòng)量模式的傳播距離首超1米。

        拉馬錢德蘭相信通過降低系統(tǒng)的損耗，傳播距離會更遠(yuǎn)。”把纖維制品投入實(shí)際生產(chǎn)線將給我們帶來希望，假設(shè)軌道角動(dòng)量模式支持的纖維得到青睞時(shí)，我們的方案早已解決了工藝上的難題“他補(bǔ)充道。