研究人员开发光学天线打破数据传播信号天花板

2021-03-02 14:17

轨道角动量（OAM）是一种光的特性，可以实现多路复用，同步传输，其原则上可以提供无限带宽。日前，加州大学伯克利分校的研究人员开发了一种光学天线，该技术利用了轨道角动量（OAM），信号承载量比现有技术成倍增加。这项工作发表在《自然物理学》上。

据该研究的主要研究者、加州大学伯克利分校工程与计算机科学系副教授Boubacar Kante介绍，目前通过电磁波传输信号的方法已经接近极限。尽管极化的过程和效果能够使复用的信息量增加一倍，频率也同时变得更为堵塞。我们有必要跳出现有技术之外，扩大数据通信能力。

Kante表示：＂我们的世界在经历着数据大爆炸，我们现在拥有的通信渠道很快就会不足以满足我们的需求。我们正在报告的技术通过一种被称为轨道角动量的光的特性，克服了目前的数据容量限制。光中的漩涡具有无限的自由度，原则上可以支持无限制的数据量。但是一直以来很难找到一种方法来可靠地产生无限数量的OAM光束，直到现在。＂

研究人员通过在砷化铟镓磷化物（一种半导体材料）上蚀刻一个网格图案来创建一个拓扑天线，然后他们将其粘合在钇铁石榴石的表面。该网格被设计成由三个同心圆，其中最大的同心圆直径约为50微米组成的量子井图案，以捕获光子。这种设计为光子量子霍尔效应创造了必要的条件。

通过施加垂直于其二维微结构的磁场，研究人员产生了三束OAM激光束。这些光束在表面上方以圆形轨道传播。实验表明：光在一个波长内绕其轴线扭转的次数，也就是说这些光束的量子数高达276。该研究展示了电信波长的能力。

不过Kante表示，理论上它可以适应其他频段。他说：“虽然该研究创造了三个光束，但潜在的数量是无限的。”

该实验室下一步将专注于制造以电力为动力源的量子霍尔环。