導讀： 一種新的技術可以幫助避免這種帶寬的緊縮，通過基于光的光網(wǎng)絡相比目前技術進行超過一百倍以上的數(shù)據(jù)傳輸，是可能實現(xiàn)的。

激光光束有許多不同的形狀，或空間分布模式。然而，今天的光網(wǎng)絡只使用一個空間模式進行信息的傳輸，這限制了一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總量。以南非金山大學的Andrew Forbes教授為首的研究人員，開發(fā)出一種技術被稱為空間復用技術，將激光束分成許多空間模式，都可以進行信息的傳輸。

在波士頓召開的OSA激光會議上提交的一篇論文中，研究人員展示光通信超過100空間模式的新的空間復用的方法，結合波分復用（WDM），它使用不同波長的光都可以攜帶的信息。

“我們創(chuàng)造了35種空間模式在三個不同的波長編碼，從而產(chǎn)生105的總模式，” Carmelo Rosales-Guzmán說明，他是這項研究的研究員且是研究論文的第一作者?！拔覀兊男路椒赡茏鳛槲磥硗ㄐ偶夹g的基礎?！?/span>

研究人員表明，在實驗室的自由空間光網(wǎng)絡中，他們的技術可以傳輸數(shù)據(jù)且具有98%的效率，即使用這種光束在空氣中傳輸信息。科學家們說，該方法在光纖中也可以得到應用，而光纖是光通信的基礎。

隨著光模式增加帶寬

這種新技術使用的是一個軌道角動量，這使它有一個扭曲的或螺旋形的形狀。不同的空間模式可以通過改變曲折的數(shù)量即被稱為方位角自由度來進行創(chuàng)建。而其他科學家已增加帶寬的方位進行自由度設置的探索，近年來的研究發(fā)現(xiàn)，盡管在理論上，具有軌道角動量的模式集合是無限的，在實踐中沒有足夠的可用的模式做出重大改進。

Forbes的團隊利用自由度加另一個變量稱為徑向自由度的角度解決了這個問題。在理論上，每一個方位角的自由度都具有一個無限量的徑向自由度，但在實際中是有限制的，限制這個數(shù)字。因為所有的模式都是相互正交的，信號不會被混淆，因為他們傳輸中，并可以分離后到達他們的目的地。研究人員說，這是第一次兩個空間自由度已被用于光學編碼信息。

這種新方法的關鍵是一個被稱為空間光調制器的光學裝置。研究人員使用一個空間光調制器來塑造激光到各種模式，并且在接收端有一個逆轉的過程。

“我們方法的優(yōu)點之一是，我們只需要一個單一的檢測出所有的空間模式來恢復所有的信息，” Rosales-Guzmán說，“這是其它增加帶寬并需要多個探測器的方法更快?！?/span>

按像素發(fā)送圖片

為了測試這種新技術，研究人員用它來編碼一個灰度和彩色圖像。每個圖像被發(fā)送到一個通信鏈路的像素的像素，然后每個像素被恢復到重建的圖像中。對于灰度圖像，每個灰度級被鏈接到一個單獨的空間模式，允許傳輸?shù)?05個灰度級。

“在這個演示中，發(fā)送一個10000像素的圖像以5到7分鐘，” Rosales-Guzmán說，“但是我們可以在同一時間或采用多波長發(fā)送兩或四像素以提高傳輸速度。”

現(xiàn)實世界的自由空間光網(wǎng)絡可以在建筑物之間傳輸信息，但也有許多挑戰(zhàn)是在實驗室里目前還沒有發(fā)現(xiàn)的，研究者與自由空間通信醫(yī)生合作，適應他們的實際應用技術。

“我們已經(jīng)在南非已經(jīng)進行了實驗，使這種設備具有適應自由通信中不同空間模式的工作能力，” Rosales-Guzmán 說“我們在努力提高他們的設備的四倍多，可現(xiàn)在的帶寬感興趣?！?/span>