Feixes de luz dobráveis ​​têm aplicações significativas na manipulação óptica, imagem óptica, roteamento, microusinagem e óptica não linear. Os pesquisadores há muito exploram os feixes de luz curvos no lugar dos feixes gaussianos tradicionais para comunicações de luz de linha de visão. Em um estudo recente agora publicado em Relatórios Científicos , Long Zhu e uma equipe de pesquisadores em informação óptica e eletrônica, na China, espaço livre proposto e desenvolvido, sistemas de comunicação de luz dobrável com transporte de dados entre alvos arbitrários para potencial multifuncionalidade. Os pesquisadores empregaram um sinal de multitom discreto (DMT) baseado em modulação de amplitude em quadratura 32-áry (32-QAM) para demonstrar a comunicação de detecção direta modulada de intensidade de luz dobrável em espaço livre (IM-DD) na presença de três caminhos de luz curvos. Eles caracterizaram (testaram) múltiplas funções de comunicação de luz dobrável em espaço livre para revelar que permitiam que as comunicações ópticas fossem mais flexíveis, robusto e multifuncional. O trabalho abrirá uma nova direção para explorar os feixes de luz especiais habilitados, comunicações luminosas avançadas em espaço livre.

Feixes de luz dobráveis ​​são uma nova classe de ondas eletromagnéticas associadas a um máximo de intensidade localizada que pode se propagar ao longo de uma trajetória curva. Os pesquisadores já estudaram e relataram classes genéricas de feixes de luz dobráveis ​​que viajam ao longo de trajetórias elípticas e parabólicas. Feixes arejados (parecem curvar-se à medida que viajam) são um tipo de feixes não difratores que mantêm sua frente de onda durante a transmissão, muito parecido com os feixes de Bessel (que só existem em teoria, idealmente) para comunicação óptica sem obstruções. Os feixes arejados possuem propriedades de auto-aceleração, não difração e autocura para se propagar ao longo de uma trajetória parabólica. Além de vigas arejadas, feixes de luz dobráveis ​​podem reconstruir sua frente de onda para se propagar continuamente ao longo da trajetória predefinida. Para explorar as vantagens dos feixes de luz dobráveis ​​para diversas aplicações, os pesquisadores devem direcionar a luz ao longo de trajetórias arbitrárias; que pode ser alcançado usando o método cáustico. A trajetória desejada pode ser alcançada com uma luz cáustica ótica para implementar no espaço real e no espaço de Fourier.

Os físicos já haviam usado feixes aéreos para a transferência de informações no espaço livre sem explorar as funcionalidades adicionais dos feixes de luz dobráveis. No presente trabalho, Zhu et al. portanto, estudou feixes de luz dobráveis ​​para comunicação óptica em espaço livre. O caminho óptico é tradicionalmente uma linha reta que conecta o transmissor e o receptor, Contudo, obstruções entre eles se desenvolvem como falha de comunicação. O uso de feixes de luz curvos durante a comunicação óptica no espaço livre, portanto, permite aos cientistas navegar facilmente em torno de obstruções usando trajetórias apropriadas. Uma vez que os feixes de luz dobráveis ​​não são difratores, eles podem construir sua frente de onda e continuar a se propagar ao longo de trajetórias predefinidas. Como resultado, os cientistas podem projetar trajetórias específicas para enviar informações a vários usuários, evitando que usuários indesejados construam sistemas de comunicação mais flexíveis e robustos.

Zhu et al. usou apenas fase de modulação de luz espacial para realizar feixes de luz dobráveis ​​ao longo de trajetórias arbitrárias, incluindo trajetórias auto-destruídas. Eles demonstraram com sucesso sistemas de comunicação de detecção direta modulada de intensidade de luz dobrável em espaço livre (IM-DD) usando três caminhos de luz curvos diferentes. A equipe de pesquisa, então, categorizou o desempenho da transmissão em quatro condições diferentes:

1. A comunicação contorna as obstruções
2. Comunicação de autocura
3. Comunicação de trajetória auto-rompida
4. Móvel, comunicação multi-receptor

Os pesquisadores primeiro projetaram um padrão de fase específico para controle de luz espacial usando um método cáustico de luz óptica para construir caminhos de luz arbitrariamente curvos para aumentar a flexibilidade dentro do sistema de comunicação. Em contraste com os feixes gaussianos tradicionais, a luz dobrável gerada por Zhu et al. contornou as obstruções existentes - como esperado. A propriedade de autocura do feixe curvo tornou o sistema de comunicação mais robusto. Em seguida, eles construíram um feixe de luz curva de trajetória autodestrutiva para aumentar a segurança do sistema de comunicação para que a informação de luz curva resultante fosse entregue a vários usuários ao longo do caminho da luz. A luz dobrável, o sistema de comunicação do espaço livre era multifuncional, flexível e robusto.

Como prova de conceito, Zhu et al. usou 39,06 Gbit / s, Transmissão de sinal DMT 32-QAM em 1550 nm enviado ao colimador para gerar um feixe gaussiano de espaço livre com um diâmetro de feixe de dois µm e abertura numérica de 0,24. A equipe de pesquisa gerou a luz dobrável portadora de dados imediatamente após o alinhamento da polarização da luz usando um modulador de luz espacial (SLM) carregado com o padrão de fase desejado por meio do método cáustico de luz óptica. Os cientistas empregaram um sistema de imagem 4-f de duas lentes para registrar a trajetória de propagação completa e colocaram uma câmera para registrar a dinâmica da luz curvada que se propaga se movendo ao longo de um estágio de translação linear motorizado para acoplar-se ao receptor para detecção de sinal.

Zhu et al. gerou com sucesso três feixes de luz dobráveis ​​com diferentes trajetórias curvas. Eles primeiro alcançaram feixes de luz curvos ao longo de trajetórias parabólicas e feixes de luz em forma de S e observaram que as distribuições de intensidade medidas estavam em bom acordo com as trajetórias pré-projetadas. A equipe mediu o desempenho da taxa de erro de bit (BER) em relação à relação sinal-ruído óptica (OSNR) recebida para os três feixes de luz dobráveis. Eles mostraram múltiplas funcionalidades de comunicação de luz dobrável em espaço livre.

Para alcançar isto, eles primeiro colocaram obstruções ao longo da linha de visão entre o transmissor e o receptor e usaram um feixe gaussiano para comparação nos experimentos. Zhu et al. definir uma obstrução (Ob1) e medir o desempenho de BER do feixe de luz em forma de S seguido por duas obstruções (Ob1 e Ob2), para medir a curva BER do feixe de luz em forma de S (curva BP-Ob-2). Os pesquisadores então mostraram a propriedade de autocura das comunicações de luz dobráveis ​​em espaço livre usando uma obstrução de 0,8 mm de diâmetro para bloquear o caminho curvo de um feixe dobrável em forma de S. Após a propagação, a luz reconstruiu sua frente de onda para alcançar um receptor a 300 mm de distância como autocura, luz dobrável para transporte de dados. Após a medição, o desempenho da luz reconstruída parecia semelhante à curva não bloqueada. Quando a equipe gerou um feixe de luz curvo com uma trajetória quebrada, o lóbulo principal da luz curva parecia estar faltando e se recuperou para completar a comunicação. Embora eles não pudessem detectar informações na parte quebrada, os cientistas receberam com sucesso a informação no final do feixe de luz dobrável.

A equipe de pesquisa então testou o desempenho de comunicação do feixe de luz dobrável para usuários adicionais. Devido à sua propriedade de autocura, a luz curva pode fornecer informações a vários usuários ao longo da trajetória do caminho da luz curva, ao contrário das comunicações tradicionais de luz em espaço livre. A equipe colocou três receptores ao longo do caminho da luz e mediu seu desempenho de BER para demonstrar um desempenho de transmissão quase semelhante entre os três receptores.

Desta maneira, Long Zhu e seus colegas demonstraram com sucesso o espaço livre, comunicações de luz dobráveis ​​que transportam dados e múltiplas funcionalidades categorizadas. Os resultados observados mostraram que a luz dobrável pode fornecer dinâmica, comunicações ópticas flexíveis e robustas em espaço livre. Os cientistas esperam que o esquema seja escalonável para distância de propagação e deslocamento de dobra. O trabalho abrirá uma nova porta para explorar feixes de luz semelhantes e facilitará extensos sistemas de comunicação de luz em espaço livre com versatilidade avançada.

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