باز کردن پتانسیل استفاده نشده‌ی نور در ارتباطات نوری

     
توضیح تصویر: ماژول چندگانه سازی / بازگشایی چندگانه سازی ساخته شده (a و b) یک ویژگی نور را به نام "گرداب اپتیکی" برای انتقال و دریافت سیگنال های چندگانه به طور همزمان از طریق یک رسانه نوری به کار می گیرد. امواج نوری مورد نیاز با گرداب های مختلف نوری با استفاده از ترکیبی از یک اتصال دهنده ستاره ای (b) و یک ژنراتور گرداب اپتیکی (c) تولید می شود.
اعتبار: کنفرانس و نمایشگاه شبکه و ارتباطات نوری 2019
 

دانشمندان در مؤسسه فناوری توکیو یک ماژول چندگانه سازی / بازگشایی چندگانه سازی بر اساس یک ویژگی از نور که تاکنون در سیستم های ارتباطی مورد بهره برداری قرار نگرفته ساخته اند: گرداب نوری. چنین دستگاه هایی برای بهبود شبکه های نوری، که ستون فقرات اینترنت امروز هستند، بسیار مهم هستند تا بتوانند به نیازهای ترافیکی فردا پاسخ دهند.
 
در دوران ارتباطات ما، ترافیک اینترنت به سرعت در حال افزایش است. امکان جا به جایی مقادیر عظیم داده از طریق اینترنت  توسط شبکه های بزرگی به مثابه ستون فقرات فراهم می شود که معمولا از میلیون ها اتصال با استفاده از فناوری ارتباطات نوری استفاده می کنند. پیش بینی می شود که این افزایش در جریان داده ها در آینده به این زودی‌ها متوقف نخواهد شد. از این رو محققان در سراسر جهان در جستجوی راه هایی برای توسعه و بهبود ارتباطات نوری هستند. یکی از تکنیک های رایج در ارتباطات الکترونیک مدرن، تلفیق کردن است، که راهی برای به حداکثر رساندن استفاده از پهنای باند موجود است.
 
یکی از تکنیک های رایج در ارتباطات الکترونیک مدرن، تلفیق کردن است، که راهی برای به حداکثر رساندن استفاده از پهنای باند موجود است. تلفیق در چندگانگی شامل بسته بندی کردن سیگنال های متعدد در یک سیگنال تک است که می تواند از طریق یک رسانه مشترک، مانند فیبر نوری ارسال شود. سیگنال پیچیده دریافت شده در گیرنده از حالت چندگانگی باز گشایی می شود و هر سیگنال ساده به مقصد مورد نظر منتقل می شود. امروزه از روش های چندگانه سازی چند برابری برای دستیابی به سرعت های بیش از 100 گیگابیت در ثانیه از طریق شبکه های نوری استفاده می شود.
 
با این حال، ما باید راهی برای جابجایی داده های بیشتر از طریق سیگنال های نوری بدون نیاز به انرژی بیشتر و با هزینه کم پیدا کنیم. یعنی، تکنولوژی های چندتایی جدیدی مورد نیاز است. روش های امیدوار کننده اخیر شامل استفاده از خواصی از نور است که به طور معمول برای برقراری ارتباط برای سیگنال های مستقل مورد استفاده قرار نمی گیرد. به عنوان مثال، قطبش نور در حال حاضر مورد استفاده قرار گرفته است و کاربردهای عملی در این ارتباط پیشنهاد شده است.
 
از سوی دیگر، یکی دیگر از ویژگی های نور، به نام "گرداب نوری" مشهور است که می تواند مورد استفاده قرار گیرد. این تمرکز تحقیقاتی در موسسه فناوری توکیو به رهبری استادیار Tomohiro Amemiya انجام شد. Amemiya توضیح می دهد: "گرداب اپتیکی حامل اندازه حرکت زاویه ای نور است و می توان از آن برای تلفیق سیگنال ها با اختصاص هر سیگنال به یک موج نوری دارای اندازه حرکت متفاوت استفاده کرد." استفاده از گرداب نوری برای تلفیق سیگنال، نشان دهنده سرزمین ناشناخته ای با پتانسیلی بزرگ است. روش های امیدوار کننده اخیر شامل استفاده از خواصی از نور است که به طور معمول برای برقراری ارتباط برای سیگنال های مستقل مورد استفاده قرار نمی گیرد.
 
البته، حتی برای سیگنال های رمزگذاری شده در امواج نوری با گرداب های مختلف نوری و انتقال آنها، ابتدا لازم است که مدارهای لازم برای هر دو عملیات چندگانه سازی و بازگشایی چندگانه سازی را طراحی و پیاده سازی کنند. به همین دلیل تیم تحقیقاتی یک ماژول چندگانه سازی / بازگشایی چندگانه سازی اندازه حرکت زاویه ای مداری را طراحی کرد و ساخت.
 
دستگاه آنها طوری ساخته شده بود که پنج سیگنال مستقل به عنوان ورودی بگیرد. با استفاده از ترکیبی از دو ساختار ریز مدار، به نام متصل کننده ستاره ای و یک ژنراتور گرداب نوری، هر یک از پنج سیگنال با یک اندازه حرکت زاویه ای منحصر به فرد نوری «رمزگذاری شد». سیگنال خروجی ترکیبی از پنج سیگنال است و گیرنده تنها باید عملیات چند گانه سازی را در حالت معکوس (demultiplexing) انجام دهد تا دوباره پنج سیگنال مستقل نتیجه شود.
 

نوک های انحنا دار موجبرهای ژنراتور گرداب نوری از سیلیکون ساخته شده و چند میکرومتر اندازه دارند. فرایند ساخت برای ژنراتور گرداب نوری در تحقیقات قبلی گزارش شده است، و کار انجام شده در حال حاضر توسط تیم نشان دهنده یک کاربرد بنیادی این تکنولوژی است. یکی دیگر از ویژگی های نور، به نام "گرداب نوری" مشهور است که می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
 
دستگاه ها و تکنیک های چندگانه ای مانند مواردی که تیم نشان می دهد در آینده نزدیک بسیار مهم خواهد بود. آممیا می گوید: "مطمئنا تقاضا برای سیستم های با ظرفیت بالا و هزینه پایین و همراه با اتلاف انرژی کمتر در آینده بیشتر خواهد شد." خوشبختانه، راه های بیشتری برای بهبود سیستم های ارتباطی فعلی با بهره برداری از خواص بی نظیر نور، مطمئنا در دسترس خواهد بود که ما را قادر می سازد در عصر ارتباطات یک قدم به جلو برداریم.
 

محققان نشان داده اند که از امواج صوتی برای تولید دیودهای نوری فوق مینیاتوری که به اندازه کافی کوچک هستند که بر روی یک تراشه رایانه ای جا شوند استفاده می‌شود. این دستگاهها، به نام ایزولاتورهای نوری، ممکن است به حل مسائل عمده داده و اندازه سیستم برای مدارهای مجتمع فتونی، معادل نوری مدارهای الکترونیکی، که برای محاسبات و ارتباطات استفاده می شود کمک کنند.
 
جداسازها دستگاه هایی غیر دو طرفه یا "یک طرفه" مشابه دیودهای الکترونیکی هستند. با استفاده از منابع لیزر از انعکاس های برگشتی محافظت می کنند و وجود آنها برای هدایت سیگنال های نور در اطراف شبکه های نوری ضروری هستند. محققان گفته‌اند امروزه تکنولوژی غالب برای تولید چنین دستگاههای غیر متقابلی، نیازمند موادی است که خواص نوری خود را در پاسخ به میدان مغناطیسی تغییر دهند.
 
دانشمندان علوم و مهندسی مکانیک می گویند: "مشکلات متعددی در استفاده از مواد مغناطیسی پاسخگو برای دستیابی به یک جریان نور در یک تراشه فوتونی وجود دارد." "اول، صنعت به سادگی توانایی خوبی برای قرار دادن مغناطیسی جمع و جور بر روی یک تراشه ندارد. اما مهمتر از همه، مواد لازم در ریخته گری فوتونیک هنوز در دسترس نیستند. به همین دلیل صنعت به شدت نیازمند یک رویکرد بهتر است که تنها از مواد معمولی استفاده کند و کلاً از میدان های مغناطیسی اجتناب کند."
 
محققان در یک مطالعه منتشر شده در مجله Nature Photonics توضیح می دهند که چگونه از اتصال کوتاه با نور و صدا استفاده می کنند تا یک راه حل منحصر به فرد را فراهم کنند که دستگاه های غیر مقابل را با تقریبا هر ماده فوتونیکی تولید کند.
 
بر گرفته از سایت ساینس دیلی

مترجم: علی رضایی میر قائد