Российская разработка ускорит передачу оптической информации
Ученые Самарского университета и ИСОИ РАН разработали новый подход к определению топологического заряда вихревого пучка, который можно использовать в многоканальных линиях оптоволоконной связи или при зондировании атмосферы в условиях турбулентности. По мнению авторов, разработка позволит повысить скорость и точность передачи информации. Результаты опубликованы в научном журнале Sensors.
Оптический вихрь или вихревой лазерный пучок – это световой пучок с особой структурой, который обладает рядом полезных свойств за счет переноса орбитального углового момента. Вихревые пучки применяются в самых разных сферах: от квантовой информатики до сенсорики и астрономии.
В современной науке используются методы определения топологического заряда вихревого пучка на основе анализа картины интенсивности в нескольких плоскостях.
Разработка специалистов Самарского университета им. Королева и Института систем обработки изображений (ИСОИ) РАН позволяет определять эту характеристику на основе анализа картины интенсивности в одной фокальной плоскости, что, по мнению авторов, в разы увеличит скорость и точность передачи информации.
Новый подход состоит в передаче светового сигнала через многопорядковый дифракционный оптический элемент (ДОЭ), который согласован с аберрационными функциями астигматического типа разной величины и вида, объяснил программист научно-исследовательской лаборатории автоматизированных систем научных исследований Самарского университета Павел Хорин.
"Такой дифракционный оптический элемент разрабатывается по аналогии с голографическими элементами, когда в одном физическом носителе кодируется множество изображений или функций. При освещении многопорядкового ДОЭ заданным пучком закодированные функции воспроизводятся в различных дифракционных порядках и обеспечивают оптическую реализацию определенных математических операций", – рассказал он.
Установка для проведения эксперимента
Принцип определения топологического заряда вихревого пучка третьего порядка стандартным способом (верхняя часть рисунка) с помощью наклонной линзы и регистрации распределения интенсивности в нескольких плоскостях (z1, z2,…, zj) и предлагаемый подход (нижняя часть) на основе многопорядкового ДОЭ, согласованного с набором астигматических аберраций.
Оптическая схема для проведения экспериментаУстановка для проведения экспериментаПринцип определения топологического заряда вихревого пучка третьего порядка стандартным способом (верхняя часть рисунка) с помощью наклонной линзы и регистрации распределения интенсивности в нескольких плоскостях (z1, z2,…, zj) и предлагаемый подход (нижняя часть) на основе многопорядкового ДОЭ, согласованного с набором астигматических аберраций. Оптическая схема для проведения эксперимента
По его словам, многопорядковость элемента обеспечивает возможность одновременно в одной плоскости формировать астигматически преобразованные картины вихревого пучка и определять топологический заряд сразу, без дополнительной подстройки в отличие от других существующих решений.
Ученый объяснил, что сегодня наиболее актуальными становятся системы, объединяющие дифракционные оптические элементы и интеллектуальный анализ данных. Применение многопорядковых ДОЭ позволяет внести в анализируемый вихревой пучок сразу несколько видов астигматических аберраций разной величины и сформировать в одной плоскости детектирования набор аберрационно-трансформированных картин, что приводит к повышению точности определения топологического заряда.
Специалисты Самарского университета и ИСОИ РАН оптимизировали подход к определению топологического заряда вихревого пучка, что, по их мнению, позволит повысить пропускную способность при оптической передачи информации. В качестве примера применения новой стратегии ученые разработали ДОЭ с двадцатью пятью каналами. В дальнейшем научный коллектив планирует уточнить предложенный метод для практического применения в различных областях.
Самарский университет – участник программы Минобрнауки России «Приоритет 2030». Исследование топологического заряда вихревого пучка в одной фокальной плоскости в Самарском университете проводится в рамках направления «Фотоника» программы развития вуза.