波阵面翻转可以提高互联网速度

来自罗切斯特大学研究人员开发的一种技术可以"翻转"图像的光学波阵面，同步实现两极分化，可以在不失真的情况下通过多模光纤传输。这项研究克服了多模光纤的使用限制，以提高互联网的信息容量，互联网的信息容量是一种被称为模态互扰的现象引起的。

当一个定义明确的图像通过1千米长的多模光纤从右侧传播到左侧时，其空间轮廓和极化将被严重扭曲。通过同时翻转两极化扭曲图像的波阵面，这是一种称为矢量时间反转的技术，可以在光纤从左到右通过后形成未扭曲的光束。罗切斯特大学Yiyu Zhou供图。

Yiyu Zhou是罗切斯特教授Robert Boyd实验室的博士候选，也是文章的第一作者。他说："很明显，多车道高速公路比单车道快。"但是，如果快递员被迫从 A 车道更改为 B 车道，包裹将被送到错误的目的地。当这种情况发生在多模光纤中时，当一个空间模式在通过光纤传播过程中与另一个模式耦合时，这就是我们所说的模式互扰。我们想抑制这一现象。南佛罗里达大学和南加州大学的研究人员合作了这个项目。该团队的方法以数字方式预塑造了前向传播信号束的波阵面和极化，与作为辅助的、向后传播的探针光束相耦合，在实验中实现了矢量时间反转。

"当具有完美波前的光束穿过多模光纤时，它就会出现严重失真，" Boyd解释道，他也是渥太华大学量子非线性光学加拿大卓越研究主席。"如果我们用镜子把波阵面送回去，它就会变得更加扭曲。但是，如果我们把它从镜子上反射出来，并且从前面向后翻转波阵面，当波束通过扭曲的介质返回时，扭曲就会被相消。特别是，当扭曲介质是长多模光纤时，我们需要同时执行此过程的两极分化。研究人员能够在1千米多模光纤中演示这项技术，从而支持210个信道。 "我们的技术可以用来实现长而标准的多模光纤模式分工的多收，显著提高光通信链路的通道容量，" Zhou说。"它可能用于将互联网速度提高一到两个数量级。

这项研究发表在《Nature Communications》上 (www.doi.org/10.1038/s41467-021-22071-w).