Новое устройство могло бы улучшить оптические коммуникации будущего

 На фоне поиска путей для передачи большего количества данных по сетям с ограниченной полосой пропускания, привлекает внимание явление скручивания световых лучей. Называемое оптическими вихрями или вихревыми пучками, они напоминают штопор.

Физики из Гарвардской школы технических и прикладных наук (SEAS) создали новое устройство, которое позволяет традиционному оптическому детектору, обычно измеряющему интенсивность света, ловить это вращение.

«Сложные оптические детекторы для вихревых пучков разрабатывались и раньше, но они были дорогостоящими и большими», - сказал проф. Федерико Капассо (Federico Capasso).

Напротив, в новом устройстве просто добавлен металлический трафарет к окну коммерчески доступного недорогого фотодетектора. Каждый трафарет разрабатывается с учетом специфики входящего вихревого пучка в соответствии с его орбитальным угловым моментом – количеством скручиваний на длину волны.

Чувствительные к скручиванию пучка новые детекторы могут эффективно определять разные типы вихревых пучков. Существующие телекоммуникационные системы максимизируют ширину полосы с помощью передачи одновременно нескольких сообщений, каждое на своей длине волны. Это известно как мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM). Вихревые пучки могут добавить еще один уровень мультиплексирования и, таким образом, увеличить емкость этих систем.

«В последние годы исследователи пришли к выводу, что имеется предел скорости передачи данных около 100 Тб/с по одному оптоволокну для телекоммуникационных систем, которые используют WDM, - объяснил проф. Капассо. – В будущем эта емкость может быть существенно увеличена с помощью вихревых пучков, передаваемых по специальным многожильным или многомодовым волокнам. Для передающих систем, основанных на этом «мультиплексирование с пространственным разделением», специальные детекторы, способные выполнять сортировку вихревых пучков, будут очень полезны».

Новый детектор способен отличить один тип вихревого пучка от другого благодаря точному трафарету наномасштабных размеров. Когда вихревой пучок с соответствующим числом закручиваний на длину волны попадает на покрытую золотом поверхность детектора, он падает на голографический интерференционный паттерн, который выгравирован на золоте. Этот наномасштабный трафарет позволяет свету возбудить поверхностную плазмонную волну. Световая компонента этой волны попадает на серию перфорированных в золоте отверстий и затем на расположенный ниже фотодетектор.

Если падающий свет не согласуется с интерференционной картиной, пучок плазмонов не попадает в фокус или собирается и блокируется от попадания на детектор.

Группа проф. Капассо продемонстрировала этот процесс для вихревых пучков с орбитальным угловым моментом -1, 0 и 1.

Иллюстрация (не в масштабе) симулирует процесс, с помощью которого входящий сложный пучок может быть идентифицирован и передан на фотодетектор