What is OPTICAL AMPLIFIER? What does OPTICAL AMPLIFIER mean?
OPTICAL AMPLIFIER meaning
 |
來源：唔哩头条
該技術透過量子層面的研究，進一步推進無線光信號傳輸的商用化。
近日，英國、德國、紐西蘭和加拿大的科學家團隊，共同攻克了在開放空間內，使用扭曲的光束存在的重大技術難題，該團隊將關於此研究成果的論文發表在了《Science》雜誌上。
在傳統的光量子通信中，傳輸過程是用0和1來承載資訊的，而在這種「扭轉」光子中，它所攜帶的資訊不僅僅是0和1，還有附加的資訊。因此「扭轉」光子的這種能力，使得軌道角動量(OAM)技術，具有創造出更高通信頻寬的潛力。
在介紹這項研究之前，我們先來瞭解幾個名詞，以方便閱讀。
光纖與光子
光纖是光導纖維的簡寫，是一種由玻璃或塑料製成的纖維，可作為光傳導工具。其傳輸原理是「光的全反射」，這裡全反射指的是光由光密媒介(即光在此媒介中的折射率大的)射到光疏媒介(即光在此媒介中折射率小的)的介面時，全部被反射回原媒介內的現象。
實際使用中，光纖的發射端使用發光二極管，或一束雷射光將光脈衝傳送到光纖中，光纖的另一端使用光敏元件檢測脈衝信號。
其中，光脈衝就是光源按著一定時間間隔(如0.1s)時斷時續的發光。雖然我們看見的是光的形式，但光其實是一種電磁波，它的基本單位是光子。當我們考慮光子這一微觀層面時，光的質量和能量，透過愛因斯坦的質能方程E=mc^2是可以計算出來的。
但在光纖中的光傳播，我們目前對其速度要求沒有那麼高，所以就忽視光本身的質量等因素，只考慮傳播過程中涉及的媒介因素(如空氣、玻璃等都稱為媒介)，不過基於目前的要求來看，媒介因素對光脈衝信號的影響也不大。
光子與量子通信
光子的概念是阿爾伯特愛因斯坦在1905年至1917年間提出的，這一概念的形成帶動了實驗和理論物理學，在多個領域的巨大進展。其中光子本身具有內秉屬性，例如質量、電荷、自旋等。
科學家一直希望用光子代替電子，實現更快捷安全的光通訊，現在，科學家們成功證明，他們能更快速地(在幾奈秒內)控制與目前光通訊網路中，所用光波波長一樣的光子的路徑和偏振，新光子電路可整合進現有的光通訊網路中，從而顯著改進網路的性能。
但值得注意的是，目前已有的量子通信幹線，只能夠實現借助於搭建的線纜來傳輸，在一定的時間內，這樣的傳輸速度和傳輸容量，是足以滿足現有的需求的。但是，等到量子通信的全面普及之時，人們還是期望可以有無線的量子傳輸方式出現。
OAM通信
1992年，科學家透過實驗證實，光子具有軌道角動量(OAM)這一基本性質，同一頻率的電磁波，理論上可以有無窮多個不同OAM的取值。
OAM通信體制研究的核心，是把光子軌道角動量(OAM)，這一尚未利用的電磁波參數維度用於通信，充分利用光子軌道角動量，大幅度提高通信系統的頻譜效率和容量，以滿足未來10-20年間通信容量2-3個數量級的成長需求。
據瞭解，現在信號的調制，通常透過增加天線數來增加信道，通常手機只能做到兩天線，即將出現的5G通信中的MIMO技術使天線可以增加到幾百個，而OAM技術可以讓信道容量呈指數級增加。
背景|技術難點
因此，有科學家稱，使用「扭轉」光束來無線傳輸大容量數據(光子的OAM通信)，其速度和性能都可以瞬間秒殺光纖傳輸，但是該技術的完全實現還存在問題。
雖然OAM技術已經開始，被使用到電纜的傳輸應用中(如現在中國的中興等公司研製的端到端OAM通信技術)，但是在在開放的空間內傳輸扭轉的光束，對於科學家來說是一個極大的挑戰。因為即使空氣中的細微的湍流變化，也會導致自旋資訊的丟失。
測試|相位純度控制
在此次研究中，科學家們在城市環境中，搭建了扭轉光束傳輸的端到端通信鏈路，並對該鏈路中光束的軌道角動量(OAM)的相位和幅度進行即時測試，以評估該量子形式的通信方式的可行性。
據瞭解，測試的這條通信鏈路，選在德國埃爾蘭根，信號傳輸起始點和終點之間的距離有1.6千米，其中穿過了空地、街道和高樓，以實現對城市環境、氣流和氣壓變化的高度模擬。
值得指出的是，不同於此前關於OAM通信系統的研究，此次該團隊的研究結合了實際應用場景，詳細探討了環境對「扭轉」光子的影響，以及該技術在實際鏈路傳輸過程中，如何保持相位純度的問題。
測試結果中，研究人員利用氣壓變化和信號放大，來描述相位純度的脆弱性，這也指出了自適應光學系統，想要商用需要解決的問題。
對於這項研究，格拉斯哥大學Martin Lavery博士表示：「在全球數據需求以指數速度成長的時代，迫切需要發現新的資訊傳遞方式，以跟上全球數據資源的急速上升。」
總結
研究人員指出，這項研究在邁向高維度自由空間光學的旅程中，邁出了重要的一步，對此，Lavery博士表示：「這些新的進展讓我們重新思考環境，對建模方法和自適應光學系統的要求。這樣，我們才能逐漸開發可以在真實城市環境中，佈署的OAM通信系統。」
 |
0 comments:
張貼留言