Инженеры «скрутили» свет в оптоволокне — новая технология ускорит передачу данных в сто раз

В октябре журнал Nature Communications опубликовал научную работу ^[1] инженеров из Австралии, в которой описана технология передачи данных с помощью «скрученного в спираль» света.

Под катом обсуждаем принципы работы и перспективы решения.

^[2]
/ Wikimedia / AZToshkov ^[3] / CC BY-SA ^[4]

В чем суть новинки

Современные волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) обладают ограниченной пропускной способностью. Для передачи данных они используют только часть видимого спектра. А в движении свет отражается от стенок волокна, и по этой причине можно сказать, что информация передается как бы в двумерном пространстве.

Чтобы решить эту проблему, команда инженеров из технологического университета в Мельбурне — RMIT ^[5] — под руководством профессора Мин Гу (Min Gu) предложила ^[6] использовать невидимые человеческому глазу спектры и «закрутить» свет в спираль. Это позволило кодировать данные, используя спин фотона.

Отметим, что лазеры, способные генерировать подобные световые лучи, разработали ещё в 1992 году. Но команде профессора Мин Гу первой удалось создать наноэлектронный детектор небольших размеров, который бы улавливал «закрученный» свет и преобразовывал его в бинарные данные для обработки классическими компьютерными системами.

Как это работает

Решение инженеров из Австралии базируется на КМОП ^[7]. Устройство улавливает состояния орбитального углового момента световых волн с помощью пленки из теллурида сурьмы ^[8] (Sb₂Te₃) толщиной в сто нанометров.

Она используется для генерации ^[1] так называемых поверхностных плазмон-поляритонов — коллективных возбуждений, вызываемых взаимодействием фотонов и колебаниями электронов. Плазмоны определяют ^[9] оптические свойства металлов. Если свет ниже плазмонной частоты, то материал будет отражать свет, в противном случае экранирование не произойдет. Эта особенность позволяет плазмон-поляритонам кодировать данные и выступать в роли носителей информации.

Теллурид сурьмы обладает высокими показателями плазмонной частоты ^[10], что позволяет считывать спин фотона даже при уровне перекрестных помех (вызываемых влиянием оптоволоконных нитей друг на друга) равном −20 дБ.

Пока что новую технологию тестируют в стенах университетской лаборатории. Но разработчики отмечают, что на рынок она может выйти уже в ближайшие два года. В RMIT надеются, что их открытие в будущем станет частью квантового интернета. Однако предварительно инженерам придется решить ряд задач.

Сперва нужно ^[11] доработать тестовый образец и создать полнофункциональные прототипы устройства. Затем важно убедить производителей сетевого оборудования и интернет-провайдеров внедрить новое решение, чтобы провести полевые испытания. Только после этого появится шанс на массовое внедрение технологии. Низкая цена и высокая производительность помогут сделать детектор на базе теллурида сурьмы неотъемлемой частью оптоволокна нового поколения.

/ Flickr / Groman123 ^[12] / CC BY-SA ^[4]

Кто еще разрабатывает подобные технологии

Компания Corning, где производят кварцевые и оптические волокна, использует ^[13] для изготовления оптоволокна новое сверхпрозрачное стекло. Этот материал почти не поглощает свет, который проходит по кабелю. За счет этого световые лучи можно передавать на большие расстояния без ретрансляторов, чем при использовании стандартных материалов.

Кабель Corning имеет два слоя: световедущую жилу и ее оболочку. Причем стекло для жилы делают менее чистым по сравнению со стеклом для оболочки, чтобы последняя работала как зеркало — отражала свет и не пускала его наружу. Создатели нового материала надеются, что он станет мировым стандартом уже в ближайшие годы.

Еще одна новая разработка ^[14] — кабели небольшого диаметра с ультравысокой плотностью оптических волокон от компании Fujikura. В таких кабелях волокна укладываются в специальную трубку из легкого и высокопрочного материала Wrapping Tube Cable, или WTC. Она позволяет «стянуть» и «упаковать» в полтора раза больше жил, чем в обычном оптоволокне.

Километровый WTC-кабель диаметром 11,7 мм весит всего 101 кг, что на 67% меньше веса классической оптики. Авторы проекта заявляют, что малые габариты разработки позволяет сократить расходы на хранение и транспортировку кабеля.

Технология уже нашла применение в Нью-Йорке. Новые кабели подключили устройствам, раздающим Wi-Fi в метро, чтобы пассажиры могли получить доступ к высокоскоростной сети. В планах у разработчиков — проложить WTC-кабели по всему городу.

Перечисленные оптоволоконные технологии находятся пока или на стадии тестирования или раннего прототипа. Поэтому о массовом их внедрении речи пока не идет. Но уже в ближайшее время можно ожидать, что некоторые из них найдут применение в сетевом оборудовании облачных поставщиков и интернет-провайдеров.

Автор: VAS Experts

Источник ^[21]