扭曲的光线可在逾千米光纤中传播数据

最近，美国、以色列、丹麦的研究人员开发了一种可以用于远距离传播“扭曲”光线的新型光纤。他们的涡性光纤以及相关的编、解码技术使得数据以轨道角动量态进行传播。原则上，该系统可用于提高信息在光纤中的传播速度，最终提高网络数据通信能力。

随着越来越多的信息借由网络为途径得以传播，研究人员正寻找一种通过光纤加快数据传播速度的新方式，这种光纤拥有数字通信能力。尽管现有许多待展开的方案，它们都存在着瑕疵，例如它们需要密集的信号处理或者是复杂的多核纤维。

最近，科学家们表示信息可以以光的轨道角动量的形式进行编码。光在这种形式下的波阵面绕着传播轴旋转，造成一种漩涡和螺旋。相比之下普通激光束的波阵面沿着固定方向传播。

连接问题

原则上来说，轨道角动量可经由传统的多路技术进行组合，以加速数据在光纤中的传播速度。然而，一个重要问题在于纤维中一丝一毫的弯曲、扭转以及温度的变化就会导致其传播模式的转变。这种多模式连接会造成信息的快速流失，以传统光纤传播这种编码的数据其扬程不会超过1米。

森德哈斯 拉马钱德兰和他在波士顿大学的同事，南加州大学(USC)的艾伦 韦尔纳团队，特拉维夫大学的研究人员和丹麦纤维制造商OFS-Fitel共同创造出了解决这一问题的新系统。

据拉马钱德兰——纤维开发领域的领军人物所说，新系统经特意设计使得在轨道角动量模式下的相速度变得各不相同。这使得信号通过光纤传播时不同模式之间耦合的概率大大降低。

涡型纤维的交面

圆和环

他们创造的这种新型纤维中间有一个直径大小为8微米，由内部小圆和同轴圆环组成的区域。(见图“涡型纤维的交面”)这两个区域的折射率比其他部分纤维的折射要大得多。这种纤维是专为用于4种各异的模式而设计的——在内循环中传播的2种绝对轨道角动量模式以及在外环路中传播的2种轨道角动量模式。这样的设计也能将这两类模式之间的耦合降到最低。不仅如此，它还能降低其与纤维中可能存在的寄生振荡模式之间的耦合。

OFS-Fitel制造了长约1.1千米的光纤。“我们打算借由这次展示来证明实际制作出来的光纤是可以运作的，我们每一步制作工序和商业光纤的制造工序是一致的。“拉马钱德兰解释道。

南加州大学的韦尔纳是轨道角动量模式脉冲的编、解码领域的佼佼者。

轨道角动量模式多路分割技术(OAM-MDM)被编译后，系统将数据进行编码，并放入4个不同的通道。它们是根据光的轨道角动量模式(0或1)和圆偏振(-1或1)来定义的。借由这4个模式，该团队便实现了将数据以400吉比特每秒的速度沿光纤传播1.1千米的技术。

8倍于蓝光的传播速度

该系统同样可以以10种不同的光波波长重现轨道角动量模式中的任何一个——这被称之为波长分离多重技术(WDM)。这将速度提升到了1.6太比特每秒——相当于8倍的蓝光光碟每秒的传送速度。尽管这一数据速度还是毫无新意地由商业波长分离多重技术系统来实现的，但这次基于轨道角动量模式的传播距离首超1米。

拉马钱德兰相信通过降低系统的损耗，传播距离会更远。”把纤维制品投入实际生产线将给我们带来希望，假设轨道角动量模式支持的纤维得到青睐时，我们的方案早已解决了工艺上的难题“他补充道。