تحمل الألياف البصرية ذات النطاق العريض معلومات عن نبضات الضوء ، عند سرعة الضوء ، من خلال الألياف البصرية. ولكن الطريقة التي يتم بها تشفير الضوء في إحدى نهايتي ومعالجتها عند الطرف الآخر تؤثر على سرعات البيانات.
هذا الجهاز النانوتيكي الأول من نوعه في العالم ، والذي تم نشره في نيتشر كوميونيكيشنز ، يقوم بتشفير المزيد من البيانات والعمليات بشكل أسرع بكثير من البصريات التقليدية باستخدام شكل خاص من الضوء "الملتوي".
وقال الدكتور Haoran Ren من كلية العلوم RMIT ، الذي كان المؤلف المشارك الرئيسي للورقة ، إن جهاز nanophotonic الصغير الذي بنوه لقراءة الضوء الملتوي هو المفتاح المفقود المطلوب لفتح اتصالات فائقة السرعة فائقة السرعة.
وقال رن: "تتجه الاتصالات الضوئية في الوقت الحاضر نحو" أزمة في القدرات "، حيث إنها تفشل في مواكبة المتطلبات المتزايدة من البيانات الكبيرة".
"ما تمكنا من القيام به هو نقل البيانات بدقة عبر الضوء بأعلى قدراتها بطريقة تسمح لنا بزيادة عرض النطاق الترددي بشكل كبير".
لا تستخدم اتصالات الألياف الضوئية الحديثة ، مثل تلك المستخدمة في الشبكة الوطنية العريضة الأسترالية (NBN) ، سوى جزء صغير من السعة الفعلية للضوء من خلال نقل البيانات على طيف الألوان.
تستخدم تقنيات النطاق العريض الجديدة قيد التطوير التذبذب ، أو الشكل ، لموجات الضوء لتشفير البيانات ، وزيادة عرض النطاق الترددي من خلال الاستفادة أيضًا من الضوء الذي لا نستطيع رؤيته.
هذه التكنولوجيا الحديثة ، في طليعة الاتصالات البصرية ، تحمل بيانات عن الموجات الضوئية التي تم إلتواءها في اللولب لزيادة قدرتها على الاستمرار. هذا هو المعروف باسم ضوء في حالة العزم الزاوي المداري ، أو OAM.
في عام 2016 ، نشرت نفس المجموعة من مختبر نانوفوتونيك لأمراض الذكاء الاصطناعي (LAIN) التابع لـ RMIT ورقة بحث مدمرة في مجلة Science تصف كيف تمكنت من فك تشفير نطاق صغير من هذا الضوء الملتوي على رقاقة نانوية. لكن التكنولوجيا للكشف عن مجموعة واسعة من الضوء OAM للاتصالات البصرية لا تزال غير قابلة للحياة ، حتى الآن.
وقال رن: "تم تصميم كاشف OAM الإلكتروني المصغّر الخاص بنا من أجل فصل حالات الضوء OAM المختلفة بترتيب مستمر وفك شفرة المعلومات التي يحملها الضوء الملتوي".
"يتطلب القيام بهذا الأمر في السابق وجود جهاز بحجم جدول ، وهو أمر غير عملي تمامًا بالنسبة للاتصالات. من خلال استخدام نانوثيشات طوبوغرافية متناهية الصغر قياس جزء من المليمتر ، فإن اختراعنا يقوم بهذا العمل بشكل أفضل ويتناسب مع نهاية الألياف البصرية. "
وقال الأستاذ مين جو ، نائب المدير المساعد ونائب المدير المساعد لأبحاث الابتكار وريادة الأعمال في RMIT ، إن المواد المستخدمة في الجهاز متوافقة مع المواد المعتمدة على السيليكون في معظم التكنولوجيا ، مما يجعل من السهل رفع مستوى تطبيقات الصناعة.
"إن كاشف OAM الإلكتروني النانوي لدينا يشبه" العين "التي يمكنها" رؤية "المعلومات التي يحملها الضوء الملتوي وفك الشفرة لفهمها بواسطة الإلكترونيات. إن الأداء العالي لهذه التقنية ، والتكلفة المنخفضة ، والحجم الصغير يجعلها تطبيقًا عمليًا للجيل التالي من الاتصالات البصرية ذات النطاق العريض.
"إنها تناسب حجم تقنية الألياف الموجودة ويمكن تطبيقها لزيادة عرض النطاق الترددي ، أو سرعة المعالجة ، لتلك الألياف بأكثر من 100 مرة خلال العامين المقبلين. هذه القابلية للتطوير السهل والتأثير الهائل الذي ستتركه على الاتصالات هو ما هو مثير للغاية ».
وقال جو إنه يمكن استخدام كاشف لتلقي المعلومات الكمية المرسلة عبر الضوء الملتوي ، مما يعني أنه يمكن أن يكون لها تطبيقات في مجموعة كاملة من الاتصالات الكمومية المتطورة وأبحاث الحوسبة الكمومية.
وقال قو "إن جهاز النانو الإلكتروني الخاص بنا سيفتح الإمكانات الكاملة للضوء الملتوي للاتصالات البصرية والكمية المستقبلية".
