Учёные из Университета Витватерсранда (Wits, ЮАР) и Университета Бордо (Франция) показали новый способ передачи информации с помощью лазерного луча, который сохраняет данные даже после сильного искажения атмосферной турбулентностью. В отличие от традиционных оптических систем связи, где приходится применять сложные алгоритмы адаптивной оптики для компенсации «дрожания» и искажения светового пучка, исследователи кодировали данные в топологии света.

В основе технологии лежит использование световых структур типа скирмионов — вихреподобных конфигураций электромагнитного поля, в которых информация записывается не в точной форме светового импульса, а в его топологическом состоянии. Топологические свойства структуры сохраняются при её непрерывных деформациях: например, круг можно растянуть в эллипс, не изменив его топологию. По тому же принципу атмосферная турбулентность способна сильно исказить форму лазерного пучка, но закодированная в нём топологическая характеристика сохраняется и может быть считана приёмником.

Для проверки метода исследователи передавали лазерные пучки между зданиями кампуса Wits в Йоханнесбурге на расстояние в несколько сотен метров. Луч проходил через естественную атмосферную турбулентность, вызываемую неоднородным нагревом воздуха, потоками и случайными изменениями показателя преломления. Несмотря на то что форма принимаемого светового пятна заметно отличалась от исходной, закодированная в нём топологическая информация сохранялась. Таким образом, эксперимент продемонстрировал возможность оптической связи без обязательной предварительной коррекции искажений, чем обычно занимается адаптивная оптика.

Разработка может стать основой для более устойчивых систем лазерной связи между наземными станциями, беспилотниками, самолётами и космическими аппаратами. Атмосферная турбулентность остаётся одной из главных проблем при передаче данных с помощью света через открытое пространство, особенно для высокоскоростных квантовых и оптических каналов. Исследователи считают, что использование топологических свойств света способно повысить надёжность будущих оптических сетей, поскольку данные будут защищены не от искажений самого луча, а от потери его фундаментальной структуры, чего практически не происходит.

Источник:

Материалы по теме

Материалы по теме