Böjbara ljusstrålar har betydande tillämpningar vid optisk manipulation, optisk bildbehandling, routing, mikromaskinering och olinjär optik. Forskare har länge utforskat krökta ljusstrålar i stället för traditionella gaussiska strålar för synfältljuskommunikation. I en ny studie som nu publicerats den Vetenskapliga rapporter , Long Zhu och ett team av forskare inom optisk och elektronisk information, i Kina, föreslagna och utvecklade lediga utrymmen, databärande böjbara ljuskommunikationssystem mellan godtyckliga mål för potentiell multifunktionalitet. Forskarna använde en 32-ary quadrature amplitude modulation (32-QAM) baserad diskret multitone (DMT) signal för att demonstrera ledigt utrymme böjbar ljusintensitet modulerad direktdetektering (IM-DD) kommunikation i närvaro av tre krökta ljusvägar. De kännetecknade (testade) flera funktioner för friutrymme böjbar ljuskommunikation för att avslöja att de tillät optisk kommunikation att vara mer flexibel, robust och multifunktionell. Arbetet kommer att öppna en ny riktning för att utforska speciella ljusstrålar aktiverade, avancerad friluftsljuskommunikation.

Böjbara ljusstrålar är en ny klass av elektromagnetiska vågor associerade med ett lokaliserat intensitetsmaximum som kan sprida sig längs en krökt bana. Forskare har tidigare studerat och rapporterat generiska klasser av böjbara ljusstrålar som färdas längs elliptiska och paraboliska banor. Luftiga strålar (verkar kurva när de färdas) är en typ av icke-diffrakterande strålar som bibehåller sin vågfront under överföring, ungefär som Besselstrålar (som bara finns i teorin, helst) för optisk kommunikation utan hinder. Luftiga strålar har egenskaper av självacceleration, icke-diffraktion och självläkning för att sprida sig längs en parabolisk bana. Bortsett från luftiga balkar, böjbara ljusstrålar kan rekonstruera sin vågfront för att fortplanta sig längs den förinställda banan. För att utforska fördelarna med böjbara ljusstrålar för olika applikationer, forskare måste böja ljuset längs godtyckliga banor; som kan uppnås med den kaustiska metoden. Den önskade banan kan uppnås med ett optiskt ljus kaustiskt att implementera i verkligt utrymme och i Fourier -utrymme.

Fysiker hade tidigare använt luftiga strålar för informationsöverföring i fritt utrymme utan att utforska ytterligare funktioner hos böjbara ljusstrålar. I det nuvarande arbetet, Zhu et al. studerade därför böjbara ljusstrålar för optisk kommunikation i fritt utrymme. Den optiska vägen är traditionellt en rak linje som förbinder sändaren och mottagaren, dock, hinder mellan dem utvecklas som kommunikationsfel. Användningen av krökta ljusstrålar under optisk kommunikation i fritt utrymme gör det därför möjligt för forskare att enkelt navigera runt hinder med hjälp av lämpliga banor. Eftersom böjbara ljusstrålar inte är diffrakterande, de kan konstruera sin vågfront och fortsätta att sprida sig längs förinställda banor. Som ett resultat, forskare kan utforma specifika banor för att skicka information till flera användare samtidigt som de undviker oönskade användare att bygga mer flexibla och robusta kommunikationssystem.

Zhu et al. använde endast rumslig ljusmodulering för fas för att realisera böjbara ljusstrålar längs godtyckliga banor, inklusive självbrutna banor. De demonstrerade framgångsrikt lediga utrymmen, böjbara ljusintensitetsmodulerade direktdetekterings (IM-DD) kommunikationssystem med hjälp av tre olika krökta ljusvägar. Forskargruppen kategoriserade sedan överföringsprestandan inom fyra olika villkor:

1. Kommunikation kringgår hinder
2. Självläkande kommunikation
3. Självbruten bana kommunikation
4. Rörlig, multimottagarkommunikation

Forskarna utformade först ett specifikt fasmönster för rumslig ljusstyrning med hjälp av en optisk ljusetande metod för att bygga godtyckligt krökta ljusvägar för ökad flexibilitet i kommunikationssystemet. I motsats till traditionella gaussiska balkar, det böjbara ljuset som alstras av Zhu et al. kringgått befintliga hinder - som förväntat. Den böjda strålens självläkande egenskap gjorde kommunikationssystemet mer robust. De konstruerade sedan en självbruten böjd böjd ljusstråle för att öka säkerheten för kommunikationssystemet för den resulterande krökta ljusinformationen som ska levereras till flera användare längs ljusets väg. Det böjbara ljuset, ledigt kommunikationssystem var multifunktionellt, flexibel och robust.

Som proof-of-concept, Zhu et al. använde en 39,06 Gbit/s, 32-QAM DMT-signalöverföring vid 1550 nm skickas till kollimatorn för att generera en Gauss-stråle i fritt utrymme med en stråldiameter på två µm och en numerisk bländare på 0,24. Forskargruppen genererade det databärande böjbara ljuset direkt efter ljuspolarisationsjustering med hjälp av en spatial ljusmodulator (SLM) laddad med önskat fasmönster via den optiska ljuset kaustiska metoden. Forskarna använde ett tvålins 4-f bildsystem för att spela in hela förökningsbanan och placerade en kamera för att spela in dynamiken hos det förökande böjbara krökta ljuset som rör sig längs ett motoriserat linjärt översättningssteg för att koppla in i mottagaren för signaldetektering.

Zhu et al. framgångsrikt genererade tre böjbara ljusstrålar med olika böjda banor. De uppnådde först krökta ljusstrålar längs paraboliska banor och S-formade krökta ljusstrålar och observerade att de uppmätta intensitetsfördelningarna var i överensstämmelse med de fördesignade banorna. Teamet mätte prestanda för bitfel (BER) i förhållande till det mottagna optiska signal-brusförhållandet (OSNR) för de tre böjbara ljusstrålarna. De visade flera funktioner för friutrymme böjbar ljuskommunikation.

För att uppnå detta, de satte först hinder längs siktlinjen mellan sändaren och mottagaren och använde en gaussisk stråle för jämförelse i experimenten. Zhu et al. ställ in ett hinder (Ob1) och uppmätt BER-prestanda för den S-formade ljusstrålen följt av två hinder (Ob1 och Ob2), för att mäta BER-kurvan för den S-formade ljusstrålen (kurva BP-Ob-2). Forskarna visade sedan den självläkande egenskapen för böjbar ljuskommunikation i fritt utrymme med hjälp av en obstruktion med 0,8 mm diameter för att blockera den krökta vägen för en S-formad böjbar stråle. Efter förökning, ljuset rekonstruerade sin vågfront för att nå en mottagare 300 mm bort som självläkande, databärande böjbart ljus. Vid mätning, prestandan för det rekonstruerade ljuset liknade den icke-blockerade kurvan. När laget genererade en krökt ljusstråle med en självbruten bana, Huvudloben i det krökta ljuset tycktes saknas och återhämtade sig mot avslutad kommunikation. Även om de inte kunde upptäcka information om den trasiga delen, forskarna fick framgångsrikt informationen i slutet av den böjbara ljusstrålen.

Forskargruppen testade sedan kommunikationsprestanda för den böjbara ljusstrålen för ytterligare användare. På grund av sin självläkande egenskap, det krökta ljuset kan leverera information till flera användare längs den böjda ljusbanan, till skillnad från traditionell friluftsljuskommunikation. Teamet ställde in tre mottagare längs ljusbanan och mätte deras BER -prestanda för att visa nästan liknande överföringsprestanda bland de tre mottagarna.

På det här sättet, Long Zhu och kollegor visade framgångsrikt ledigt utrymme, databärande böjbar ljuskommunikation och kategoriserade flera funktioner. De observerade resultaten visade att böjbart ljus kunde leverera dynamisk, flexibel och robust optisk kommunikation i ledigt utrymme. Forskarna förväntar sig att systemet är skalbart för förökningsavstånd och böjförskjutning. Arbetet kommer att öppna en ny dörr för att utforska liknande ljusstrålar och underlätta omfattande lediga kommunikationssystem i fritt utrymme med avancerad mångsidighet.

© 2019 Science X Network