Fizyka optyczna w telekomunikacji

Postęp technologiczny i wciąż rosnące zapotrzebowanie na szybkie i bezpieczne łącza prowokuje dalszy rozwój technologii optycznych. Obecnie myśli się o wykorzystaniu zjawiska orbitalnego momentu pędu światła.

Użytkownicy wciąż potrzebują coraz szybszych i bezpieczniejszych kanałów transmisji, co często wymaga komplikacji istniejącej infrastruktury IT. Rozwiązaniem tych problemów mogą okazać się nowe osiągnięcia fizyki optycznej, pozwalające na przesyłanie większych ilości danych, które dodatkowo są lepiej zabezpieczone niż przy tradycyjnych łączach światłowodowych. W Polsce taką tematyką oraz samymi zjawiskami optycznymi zajmuje się m.in. Krajowe Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej, a także Katedra Fizyki Teoretycznej i Informatyki Kwantowej Wydziału Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Politechniki Gdańskiej.

Fizyka optyczna w telekomunikacji

Wykorzystanie zjawiska orbitalnego momentu pędu światła umożliwia przesłanie i składowanie teoretycznie nieograniczonej liczby informacji

Piętnaście lat temu dokonano zaskakującego odkrycia w naturze światła. Okazało się, że fotony, oprócz spinowego momentu pędu (związanego z polaryzacją światła) posiadają jeszcze orbitalny moment pędu OAM (Orbital Angular Momentum). W świecie widzialnym orbitalny moment pędu związany jest z ruchem obrotowym ciała, np. ruch Ziemi wokół Słońca. W przypadku światła sprawa jest nieco bardziej skomplikowana. W wiązce światła, która nie posiada OAM, w każdym punkcie przekroju poprzecznego pole elektryczne jest tak samo zorientowane. W wiązce światła posiadającego orbitalny moment pędu różne punkty na przekroju są w różnych fazach. Jeśli przemieszczać się po przekroju zgodnie z ruchem wskazówek zegara, można zauważyć zmianę wektora pola elektrycznego od 0 do 2.

Jakie jednak są praktyczne zastosowania takiego zjawiska? Odpowiednio przygotowaną wiązkę światła, posiadającą orbitalny moment pędu można wykorzystać przy przesyłaniu informacji zarówno światłowodami, jak i w powietrzu, a także przy zapisie i odczycie danych na dyskach optycznych. Przyjrzyjmy się szerzej każdemu z tych zastosowań.

Przesyłanie ogromnej ilości danych

W większości przypadków dane są kodowane poprzez intensywność światła, jego częstotliwość bądź za pomocą polaryzacji. Pozwala to na uzyskanie dwóch możliwych stanów - dwóch bitów, które można użyć do kodowania informacji. Niedawno jednak zaproponowano sposób kodowania danych w wiązce świetlnej przy użyciu orbitalnego momentu pędu. W takiej wiązce światła możliwe jest wyróżnienie wielu stanów, dzięki czemu można zakodować ogromną ilość informacji.

Bezpieczeństwo transmisji

Ważnym aspektem przy przesyłaniu informacji na większe odległości jest bezpieczeństwo transmitowanych danych. Szczególnie istotne staje się to w przypadku przesyłania informacji w otwartej przestrzeni (przykładem takiego przesyłu informacji jest IrDA). Okazało się, że przy użyciu wiązki światła z OAM można dodatkowo zabezpieczyć informacje, ponieważ odczytanie danych z przechwyconej wiązki jest bardzo trudne, bez ustawienia detektora światła dokładnie na ścieżce zamierzonego odbiorcy. Używając dodatkowo odpowiednich protokołów kryptograficznych, można uzyskać bardzo dobre zabezpieczenie danych.

W celu komercyjnej reprodukcji treści Computerworld należy zakupić licencję. Skontaktuj się z naszym partnerem, YGS Group, pod adresem [email protected]

TOP 200