隨著數(shù)據(jù)需求的不斷增長(zhǎng)，科學(xué)家們預(yù)測(cè)，除非是在傳輸數(shù)據(jù)的新技術(shù)得到發(fā)展，要么如今的電信網(wǎng)絡(luò)達(dá)到其容量極限只是一個(gè)時(shí)間問(wèn)題。一種新的技術(shù)可以幫助避免這種帶寬的緊縮，通過(guò)基于光的光網(wǎng)絡(luò)相比目前技術(shù)進(jìn)行超過(guò)一百倍以上的數(shù)據(jù)傳輸，是可能實(shí)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(luò)只使用一個(gè)空間模式進(jìn)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(xué)的Andrew Forbes教授為首的研究人員，開(kāi)發(fā)出一種技術(shù)被稱為空間復(fù)用技術(shù)，將激光束分成許多空間模式，都可以進(jìn)行信息的傳輸。

　　在波士頓召開(kāi)的OSA激光會(huì)議上提交的一篇論文中，研究人員展示光通信超過(guò)100空間模式的新的空間復(fù)用的方法，結(jié)合波分復(fù)用（WDM），它使用不同波長(zhǎng)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(gè)不同的波長(zhǎng)編碼，從而產(chǎn)生105的總模式，” Carmelo Rosales-Guzmán說(shuō)明，他是這項(xiàng)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?lái)通信技術(shù)的基礎(chǔ)?！?/p>

　　研究人員表明，在實(shí)驗(yàn)室的自由空間光網(wǎng)絡(luò)中，他們的技術(shù)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?？茖W(xué)家們說(shuō)，該方法在光纖中也可以得到應(yīng)用，而光纖是光通信的基礎(chǔ)。

　　隨著光模式增加帶寬

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

　　Forbes的團(tuán)隊(duì)利用自由度加另一個(gè)變量稱為徑向自由度的角度解決了這個(gè)問(wèn)題。在理論上，每一個(gè)方位角的自由度都具有一個(gè)無(wú)限量的徑向自由度，但在實(shí)際中是有限制的，限制這個(gè)數(shù)字。因?yàn)樗械哪Ｊ蕉际窍嗷フ坏?，信?hào)不會(huì)被混淆，因?yàn)樗麄儌鬏斨?，并可以分離后到達(dá)他們的目的地。研究人員說(shuō)，這是第一次兩個(gè)空間自由度已被用于光學(xué)編碼信息。

　　這種新方法的關(guān)鍵是一個(gè)被稱為空間光調(diào)制器的光學(xué)裝置。研究人員使用一個(gè)空間光調(diào)制器來(lái)塑造激光到各種模式，并且在接收端有一個(gè)逆轉(zhuǎn)的過(guò)程。

　　“我們方法的優(yōu)點(diǎn)之一是，我們只需要一個(gè)單一的檢測(cè)出所有的空間模式來(lái)恢復(fù)所有的信息，” Rosales-Guzmán說(shuō)，“這是其它增加帶寬并需要多個(gè)探測(cè)器的方法更快?！?/p>

　　按像素發(fā)送圖片

　　為了測(cè)試這種新技術(shù)，研究人員用它來(lái)編碼一個(gè)灰度和彩色圖像。每個(gè)圖像被發(fā)送到一個(gè)通信鏈路的像素的像素，然后每個(gè)像素被恢復(fù)到重建的圖像中。對(duì)于灰度圖像，每個(gè)灰度級(jí)被鏈接到一個(gè)單獨(dú)的空間模式，允許傳輸?shù)?05個(gè)灰度級(jí)。

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

　　現(xiàn)實(shí)世界的自由空間光網(wǎng)絡(luò)可以在建筑物之間傳輸信息，但也有許多挑戰(zhàn)是在實(shí)驗(yàn)室里目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的，研究者與自由空間通信專家合作，適應(yīng)他們的實(shí)際應(yīng)用技術(shù)。

　　“我們已經(jīng)在南非已經(jīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，使這種設(shè)備具有適應(yīng)自由通信中不同空間模式的工作能力，” Rosales-Guzmán 說(shuō)“我們?cè)谂μ岣咚麄兊脑O(shè)備的四倍多，可現(xiàn)在的帶寬感興趣。”