Soczewka optyczna może przesyłać informacje cyfrowe bez strat

talbott_effect

Badacze opracowali soczewkę optyczną, która wykazuje dwie właściwości do tej pory niepołączone: samo-skupianie i optyczny efekt zwany efektem Talbota, który tworzy powtarzające się wzorce światła. Naukowcy wykazali, że kombinacja tych dwóch cech może być wykorzystana do przesyłania zakodowanego cyfrowego sygnału bez utraty informacji, co ma potencjalne zastosowanie w realizacji wysoko wydajnych systemów komunikacji optycznej.

Naukowcy z Uniwersytetu Nanjing i Xiamen opublikowali artykuł na temat swojego wynalazku, zwanego "soczewką konformalną", w najnowszym numerze Physical Review Letters.
Ten typ soczewki wywodzi się z dziedziny optyki transformacyjnej. Głównym celem badania było zaprojektowanie takiej, która działa jednocześnie w dwóch różnych reżimach: optyce geometrycznej, w której światło jest traktowane jako cząsteczka, a także optyce falistej, w której bada się właściwości falopodobne światła.

Praca w obu reżimach jest wyzwaniem, ponieważ te systemy mają pozornie sprzeczne wymagania co do wielkości fal. Z jednej strony robocze ich długości muszą być znacznie mniejsze niż rozmiar soczewki, ale jednocześnie muszą być większe niż podstawowe jednostki, które ją tworzą.

Aby sprostać temu wyzwaniu, naukowcy zaczęli prace od soczewki Maxwella, pochodzącej z lat pięćdziesiątych XIX wieku, jako podstawy soczewki konformalnej. Wytłumaczyli, że próba zrealizowania soczewki o pożądanych właściwościach przy użyciu konwencjonalnej optyki transformacyjnej jest bardzo trudna, częściowo ze względu na jej wymagania dotyczące trójwymiarowego nośnika. Z drugiej strony optyka transformacji konformalnej kładzie nacisk na dwuwymiarowy nośnik.

Po skonstruowaniu soczewki naukowcy wykazali, że wykazuje ona zarówno samoskupianie, będące właściwością optyki geometrycznej, jak i efekt Talbota, który jest cechą optyki falowej. W ten sposób urządzenie łączy obie dziedziny.

Najbardziej interesujące dla potencjalnych zastosowań jest to, że efekt Talbota uzyskany tutaj różni się od zwykłego. Jedną z największych różnic jest to, że efekt konformalny w przeciwieństwie do tradycyjnego nie doświadcza dyfrakcji granicznych. Dzięki temu może on zostać wykorzystany do przesyłania zakodowanych wzorów optycznych na dużych odległościach przy bardzo małym zniekształceniu. Naukowcy oczekują, że ta zdolność może doprowadzić do wysoce wydajnej metody przekazywania informacji cyfrowych w przyszłych szybkich systemach komunikacji optycznej bez strat informacji.

"Możemy wysłać strumień cyfr optycznych "0" i "1" przez komunikację równoległą, która jest znacznie szybsza niż komunikacja szeregowa stosowana w regularnych falowodach optycznych lub włóknach światłowodowych" - powiedział Liu z Uniwersytetu Nanjing. "Efekt konformalny Talbota może pomóc zmniejszyć błędy transmisji ze względu na jego właściwości niedyfrakcyjne i dobre samoskupianie wzorów pola".

W przyszłości badacze planują zgłębić różne potencjalne zastosowania optyki transformacji konformalnej, takie jak opracowanie nowych fotonicznych chipów, które mogą transportować i przetwarzać informacje w obwodach mikrooptycznych. Mogą one być pewnego dnia wykorzystywane w przyszłych komputerach kwantowych.

Chen z Uniwersytetu Xiamen dodaje: „Planujemy także naśladować efekty kwantowe w zakrzywionej przestrzeni ogólnej teorii względności przy użyciu optyki transformacji konformalnej, takie jak horyzont czarnej dziury i promieniowania Hawkinga".

(KB)