과학자들은 제한없이 정보를 전송하는 새로운 광학 안테나를 만들었습니다.

버클리에있는 캘리포니아 대학의 연구원들은 빛의 파동의 속성을 활용하는 새로운 방법을 발견했습니다.이 방법은 그들이 운반하는 데이터의 양을 대폭 증가시킬 수 있습니다. 그들은 컴퓨터 칩에 맞을만큼 충분히 작은 사람의 머리카락 크기 정도의 동심원 고리로 구성된 안테나에서 이산적인 비틀림 레이저 빔의 방출을 시연했습니다.

Nature Physics 저널에 게재 된 기사에보고 된이 새로운 연구는 일관된 광원에 의해 다중화되거나 동시에 전송 될 수있는 정보의 양을 광범위하게 공개합니다. 멀티플렉싱의 일반적인 예는 단일 회선을 통해 여러 전화 통화를 전송하는 것이지만 직접 멀티플렉싱 할 수있는 일관된 꼬인 광파의 수에는 근본적인 제한이있었습니다.

UC 버클리의 전기 및 컴퓨터 과학과의 부바 카르 칸테 (Boubacar Kante) 책임 연구원은 꼬인 광선 레이저가 직접 다중화 된 것은 이번이 처음이라고 말했습니다.

우리는 세상에서 폭발적인 데이터를 경험하고 있으며 현재 우리가 보유한 커뮤니케이션 채널은 곧 우리가 필요로하는 것에 충분하지 않을 것입니다. 우리가보고하는 기술은 궤도 각운동량이라고하는 빛의 특성을 통해 현재 데이터 용량 한계를 극복합니다. 생물학적 이미징, 양자 암호화, 고성능 통신 및 센서 분야의 응용 프로그램이있는 게임 체인저입니다.

Kante는 전자기파를 사용하여 신호를 전송하는 현대적인 방법이 한계에 도달하고 있다고 말했습니다. 예를 들어 주파수가 포화 상태가 되었기 때문에 라디오에서 튜닝 할 수있는 방송국이 너무 많습니다. 광파가 수평 또는 수직의 두 가지 값으로 분할되는 편광은 전송되는 정보의 양을 두 배로 늘릴 수 있습니다.

영화 제작자는이를 활용하여 3D 영화를 제작하여 특수 안경을 착용 한 시청자가 두 세트의 신호를 수신 할 수 있습니다. 각 눈에 하나씩 입체 효과와 깊이있는 환상을 생성 할 수 있습니다.

소용돌이에서 잠재력 사용 :

그러나 주파수와 편광을 넘어선 궤도 각운동량 (OAM)은 데이터 전송을 위해 기하 급수적으로 더 많은 대역폭을 제공하기 때문에 과학자들의 관심을 끌었던 빛의 속성입니다. OUM을 나타내는 한 가지 방법은이를 토네이도 소용돌이와 비교하는 것입니다.

무한한 자유도를 가진 빛의 소용돌이는 원칙적으로 무제한의 데이터를 지원할 수 있다고 Kante는 말했다. 문제는 무한한 수의 OAM 빔을 안정적으로 생성하는 방법을 찾는 것이 었습니다. 이처럼 콤팩트 한 장치에서 그렇게 높은 전하의 OAM 빔을 생산 한 사람은 아무도 없습니다.

연구원들은 전자기학의 가장 중요한 구성 요소 중 하나 인 안테나로 시작했으며 현재 5G 및 미래의 6G 기술의 중심이라고 지적했습니다. 이 연구의 안테나는 토폴로지이므로 장치가 비틀 리거나 구부러져도 기본 특성이 유지됩니다.

빛의 고리 만들기 :

토폴로지 안테나를 만들기 위해 연구원들은 전자빔 리소그래피를 사용하여 반도체 재료 인 인듐-갈륨 비소 인화물에 격자를 에칭 한 다음이 구조를 이트륨 철 석류석 표면에 부착했습니다.

연구원들은 3 개의 동심원 형태로 양자 우물을 형성하는 격자를 개발했습니다. 직경이 가장 큰 약 50 마이크론으로 광자를 포착했습니다. 이 디자인은 광양자 홀 효과로 알려진 현상을 지원하기위한 조건을 만들었습니다. 이것은 자기장이 적용될 때 광자의 움직임을 설명하여 빛이 한 방향으로 만 고리로 이동하도록합니다.

사람들은 자기장을 가진 양자 홀 효과가 전자 공학에 사용될 수 있다고 생각했지만, 광학 주파수에서 기존 물질의 약한 자기 때문에 광학에는 사용할 수 없다고 Kante는 말했다. 우리는 양자 홀 효과가 실제로 빛에 작용한다는 것을 처음으로 보여주었습니다.

연구진은 2 차원 미세 구조에 수직 인 자기장을 적용하여 표면 위의 원형 궤도를 따라 움직이는 3 개의 OUM 레이저 빔을 성공적으로 생성했습니다. 이 연구는 또한 레이저 빔의 양자 수가 276 개에 달하는 것으로 나타났습니다. 이는 빛이 동일한 파장에서 축에서 회전하는 횟수를 의미합니다.

더 큰 양자 수를 갖는 것은 알파벳에 더 많은 문자를 갖는 것과 같다고 Kante는 말했다. -우리는 빛이 어휘를 확장하도록 허용합니다. 이 연구에서 우리는 통신 파장에서이 능력을 입증했지만 원칙적으로 다른 주파수 대역에도 적용 할 수 있습니다. 데이터 속도에 3을 곱하여 3 개의 레이저를 만들었지 만 빔 수와 데이터 용량에는 제한이 없습니다.

과학자들은 다음 단계는 양자 홀 링을 만드는 것이라고 말합니다.