Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology hebben een multiplexer/demultiplexer-module gefabriceerd op basis van een eigenschap van licht die niet werd benut in communicatiesystemen:de optische vortex. Dergelijke apparaten zullen cruciaal zijn voor het verbeteren van optische netwerken, die de ruggengraat vormen van het internet van vandaag, zodat ze kunnen voldoen aan de verkeerseisen van morgen.

In ons tijdperk waarin communicatie centraal staat, Het internetverkeer neemt snel toe. De enorme hoeveelheden gegevens die via internet reizen, worden mogelijk gemaakt door enorme backbone-netwerken, meestal met miljoenen verbindingen die zijn geïmplementeerd met behulp van optische communicatietechnologie. In de veronderstelling dat deze toename van de gegevensstroom niet snel zal stoppen, onderzoekers wereldwijd zoeken naar manieren om optische communicatie verder te ontwikkelen en te verbeteren.

Een alomtegenwoordige techniek in moderne elektronische communicatie is multiplexen, dat is een manier om het gebruik van de beschikbare bandbreedte te maximaliseren. Multiplexing bestaat uit het inpakken van meerdere signalen in een enkel signaal dat via een gedeeld medium kan worden verzonden, zoals een optische vezel. Het ontvangen complexe signaal wordt vervolgens bij de ontvanger gedemultiplext en elk eenvoudig signaal wordt naar de beoogde bestemming geleid. Tegenwoordig worden meerdere multiplexbenaderingen gebruikt om snelheden van meer dan 100 Gbit/s via optische netwerken te bereiken.

Echter, we moeten een manier vinden om meer gegevens in optische signalen te proppen zonder meer energie en tegen lage kosten; dat is, er zijn nieuwe multiplextechnologieën nodig. Recente veelbelovende methoden omvatten het profiteren van eigenschappen van licht die niet conventioneel worden gebruikt voor communicatie om onafhankelijke signalen te coderen. Bijvoorbeeld, de polarisatie van licht is reeds toegepast en praktische toepassingen zijn voorgesteld.

Anderzijds, er is nog een kenmerk van licht, genaamd de "optische vortex", dat misbruikt kan worden. Dit was de focus van een onderzoek uitgevoerd aan het Tokyo Institute of Technology, onder leiding van assistent-professor Tomohiro Amemiya. "De optische vortex draagt ​​​​het orbitale impulsmoment van licht en kan worden gebruikt om signalen te multiplexen door elk signaal toe te wijzen aan een lichtgolf met een ander momentum, " legt Amemiya uit. De toepassing van de optische vortex voor signaalmultiplexing vertegenwoordigt een onaangeboord gebied met een groot potentieel.

Natuurlijk, om zelfs maar te denken aan het coderen van signalen in lichtgolven met verschillende optische vortexen en deze te verzenden, het is eerst nodig om de noodzakelijke schakelingen te ontwerpen en te implementeren voor zowel de multiplex- als demultiplexbewerkingen. Het onderzoeksteam ontwierp en fabriceerde daarom een ​​orbitale impulsmoment multiplexing/demultiplexing module.

Hun apparaat was zo gefabriceerd dat het vijf onafhankelijke signalen als invoer kon nemen. Met behulp van een combinatie van twee kleine circuitstructuren, een sterkoppelaar en een optische vortexgenerator genoemd, elk van de vijf signalen is "gecodeerd" met een uniek optisch impulsmoment. Het uitgangssignaal bestaat uit een combinatie van de vijf signalen, en de ontvangerschakeling hoeft de multiplexbewerking slechts in omgekeerde richting uit te voeren (demultiplexing) om weer bij de vijf onafhankelijke signalen te komen.

De gefabriceerde module wordt getoond in figuur 1. De gebogen uiteinden van de golfgeleiders van de optische-vortexgenerator waren gemaakt van silicium en waren enkele micrometers groot. Het fabricageproces voor de optische-vortexgenerator was gerapporteerd in eerder onderzoek, en het werk dat het team nu doet, demonstreert één concrete toepassing van deze technologie.

Apparaten en multiplextechnieken zoals die door het team zijn gedemonstreerd, zullen in de zeer nabije toekomst cruciaal zijn. "Het is zeker dat de vraag naar systemen met hoge capaciteit, lage kosten en minder energieverliezen in de toekomst verder zal toenemen, " zegt Amemiya. Gelukkig, meer manieren om de huidige communicatiesystemen te verbeteren door gebruik te maken van de onaangeboorde eigenschappen van licht zullen zeker beschikbaar komen om ons een stap vooruit te brengen in ons communicatietijdperk.