Передача информации с помощью закрученных фотонов через атмосферу
Такой свет несет орбитальный угловой момент и может быть использован для кодирования информации. В отличие от поляризации, состояние которой раскладывается в базис по двум взаимно ортогональным компонентам, орбитальный угловой момент имеет многомерный базис и, потенциально, может быть использован для дополнительного мультеплексирования и повышения пропускной способности оптических каналов связи (в лабораторных условиях это реализовано). Однако, на практике возникает ряд технических проблем. Первая из них связана с различимостью фотонов, имеющих близкие орбитальные угловые моменты. Вторая проблема связана с передачей такого света с помощью волоконной оптики. Современные телекоммуникационные оптические волокна являются одномодовыми и не поддерживают распространение мод высоких порядков. Над решением этих проблем бьется большое количество научных групп в мире.
Рис. Схема эксперимента. Информация, закодированная в лазерном луче с помощью пространственного модулятора света, передавалась по открытой атмосфере над вечерней Веной. Слева показаны примеры распределения фазы в поперечном сечении пучка. Приемник регистрировал на экране картины (показаны справа), которые анализировались самообучающейся нейронной сетью, и по ним восстанавливалась информация.
В недавней работе, выложенной в архиве Корнельского университета, была реализована передача информации с помощью закрученного света через турбулентный воздух, который вносит искажения в исходный пучок света. Несмотря на то, что воздушное пространство поддерживает распространение различных мод света, наличие турбулентности воздушной среды сказывается на распределении фазы в поперечном сечении такого пучка, а, значит, приводит к зашумлению сигнала и возникновению ошибок при его передаче. Несмотря на эти опасения, авторам работы удалось передать информацию с малым уровнем потерь (менее 1%) на расстояние 3 км. Кодировка информации осуществлялась с помощью пространственного модулятора света. Для регистрации сигнала на экране использовалась цифровая камера. Регистрируемый сигнал распознавался нейронной сетью, которая научилась классифицировать различные изображения и была устойчива к блужданиям картины (сигнала) на поверхности экрана из-за возмущений атмосферы. Данная работа вселяет надежды в перспективность использования фотонов, несущих орбитальный угловой момент, в телекоммуникационных оптических системах с экстремально высокой пропускной способностью и защитой от перехвата с использованием такого квантового свойства света, как запутанность.
Источник информации: