Revolución de la luz estructurada: demostración de la comunicación óptica sin ruido

Una nueva investigación sobre la luz estructurada significa que los investigadores pueden explotar los muchos patrones de luz como un alfabeto de codificación sin preocuparse por el ruido del canal. Crédito: Universidad de Wits

Un nuevo enfoque de la comunicación óptica que se puede implementar con tecnología convencional.

Los patrones de luz son una gran promesa para un gran alfabeto de codificación en las comunicaciones ópticas, pero el progreso se ve obstaculizado por su sensibilidad a la distorsión, como en la turbulencia atmosférica o la fibra óptica doblada. Ahora, investigadores de la Universidad de Witwatersrand (Wits) han descrito un nuevo protocolo de comunicación óptica que explota patrones espaciales de luz para la codificación multidimensional de una manera que no requiere reconocimiento de patrones, superando la distorsión modal de limitación anterior. en canales ruidosos. El resultado es una nueva codificación de última generación de más de 50 patrones vectoriales de luz enviados prácticamente sin ruido a través de una atmósfera turbulenta, lo que abre un nuevo enfoque para la comunicación óptica de alta velocidad.

Publicado esta semana en Opinión sobre láser y fotónica, el equipo de Wits del Laboratorio de Luz Estructurada de la Escuela de Física de Wits usó una nueva propiedad invariable de la luz vectorial para codificar información. Esta cantidad, que el equipo llama “vectoridad”, evoluciona de 0 a 1 y permanece invariable al pasar por un canal ruidoso. A diferencia de la modulación de amplitud tradicional, que es 0 o 1 (solo un alfabeto de dos letras), el equipo usó la invariancia para dividir el rango del vector de 0 a 1 en más de 50 partes (0, 0,02, 0,04, etc. hasta 1 ) para un alfabeto de 50 letras. Dado que el canal por el que se envía la información no distorsiona el vector, el emisor y el receptor siempre estarán de acuerdo en el valor, lo que da como resultado una transferencia de información sin ruido.

El obstáculo crítico que superó el equipo es usar patrones de luz de una manera que no requiera que sean ‘reconocidos’, de modo que se pueda ignorar la distorsión natural de los canales ruidosos. En cambio, la cantidad invariable simplemente “resume” la luz en medidas especializadas, revelando una cantidad que no ve la distorsión en absoluto.

“Este es un avance muy emocionante porque finalmente podemos explotar los muchos patrones de luz como un alfabeto de codificación sin preocuparnos por el ruido del canal”, dice el profesor Andrew Forbes, de la Escuela de Física Wits. “De hecho, el único límite para el tamaño del alfabeto es la calidad de los detectores y la ausencia de influencia del ruido del canal”.

El autor principal y candidato a doctorado, Keshaan Singh, agrega: “Para crear y detectar la modulación vectorial, no se necesita nada más que tecnología de comunicación convencional, lo que permite que nuestro protocolo (patrón) basado en modo se implemente de inmediato en contextos reales”.

El equipo ya ha comenzado demostraciones en fibra óptica y enlaces rápidos a través del espacio libre, y cree que el enfoque puede funcionar en otros canales ruidosos, incluso bajo el agua.

Referencia: “Una base sólida para la comunicación óptica de bits múltiples con luz vectorial” por Keshaan Singh, Isaac Nape, Wagner Tavares Buono, Angela Dudley y Andrew Forbes, 9 de junio de 2023, Opinión sobre láser y fotónica.
DOI: 10.1002/lpor.202370027