Новий метод "закручування" світла з допомогою променя електронів дозволить передавати більше інформації по оптичному волокну
В даний час передача інформації по оптичних каналах здійснюється за допомогою умовно "двовимірних" світлових сигналів, імпульсів світла, що поширюються по оптоволокну. На жаль, смуга пропускання оптичного волокна для таких сигналів досить обмежена і в даний час комунікаційне обладнання наближається до обмежень, накладається фізикою процесу поширення світла. Звичайно, існує безліч методів розширення смуги пропускання оптичного волокна, наприклад, використання для передачі інформації променів світла декількох лазерів, що працюють на різних довжинах хвиль. Але більш перспективним вважається метод перетворення декількох "двовимірних" світлових сигналів в один "тривимірний" сигнал, що в теорії може дозволити розширити смугу практично до безкінечності. Одним з таких методів є метод "закручування" світлового сигналу навколо центральної осі, про який ми вже розповідали на сторінках нашого сайту. А нещодавно дослідники з Національної лабораторії лінійних прискорювачів SLAC (SLAC National Accelerator Laboratory) американського Міністерства енергетики (U.S. Department of Energy, DOE) розробили новий спосіб отримання і модуляції "закрученого" променя світла, який дозволяє домогтися високої ефективності і отримати необхідні для комунікацій характеристики вихідного променя світла.
"Закручений" промінь світла був вперше отриманий в середині 1970-х років дослідники з Прінстонського університету. Тривалий час цей ефект так і залишався незатребуваним, що викликає інтерес тільки у вчених. Але в останні роки деякі дослідники звернули свою увагу на світлові "вихори", здатні переносити інформацію, розділену в трьох вимірах. І ось трохи раніше в цьому році команді дослідників з університету бостона вдалося реалізувати передачу даних за допомогою "закручених" променів світла, при цьому була досягнута швидкість передачі в 1.6 терабіта в секунду.
На жаль, методи "закручування" і модуляції світла, що використовуються в даний час, не дуже досконалі і не можуть забезпечити високої точності, що негативно позначається на ширині смуги пропускання каналу. Промені "закрученого" світла, використані Бостонскими дослідниками, були отримані за допомогою пропускання світла через оптичні маски, а їх модуляція була виконана за допомогою спеціального голографічного пристрою-модулятора. Вчені з лабораторії SLAC і Каліфорнійського університету продемонстрували, що вони можуть зробити все теж саме з допомогою променя електронів, майже таким же чином, яким в рентгенівському лазері SLAC Linac Coherent Light Source (LCLS) виробляється промінь рентгенівського випромінювання з заздалегідь заданими параметрами.
Для отримання "закрученого" світла використовуються два лазери, що працюють в імпульсному режимі, один лазер виробляє імпульси вільних електронів, а другий лазер виробляє імпульси світла, що потрапляють в коливальний резонансний пристрій під назвою ондулятор. Комбінація лазерного імпульсу і складної форми магнітного поля ондулятора залишає енергетичний "відбиток" на потоці електронів. Потім електрони проходять через іншу систему магнітів, розганяючись, як гоночні автомобілі на віражі, і потрапляють на наступний ділянку, влаштований у вигляді штопора, де і закручуються навколо своєї осі. Цей потік потрапляє в наступний ондулятор, поле якого змушує електрони коливатися і випромінювати фотони когерентного світла певної довжини хвилі.
У такого методу отримання променя "закрученого" світла в порівнянні з іншими методами є маса незаперечних переваг. Такий "обертає" лазер на вільних електронах може випромінювати не тільки світло, але і електромагнітні хвилі практично будь-якого діапазону. Він може генерувати короткі й надзвичайно яскраві імпульси світла, вже модульованого в трьох вимірах переданої інформації. Після деяких доопрацювань така технологія може призвести до появи комунікаційного обладнання здатного передавати інформацію на величезні відстані зі швидкостями, на порядок або кілька перевершують сучасні швидкості передачі інформації. А самі дослідники повідомляють, що розроблена ними технологія настільки нова, що вони ще самі не з'ясували весь потенціал, який прихований в ній.