Egy új optikai lencse képes a veszteség nélküli adatátvitelre

A kutatók megterveztek egy optikai lencsét, melynek két olyan tulajdonsága van amit még egyszerre nem fedeztek fel egy anyagnál. A két hatás az önfókusz és az úgynevezett Talbot hatás, ami ismétlődő mintákat rajzol ki a fényből. A tudósok megmutatták hogy ez a két tulajdonság együtt egy olyan rendszert hoz létre, ami képes digitális jeleket információvesztés nélkül átadni. Az új anyagnak jelentős szerepe lehet majd az optikán alapuló kommunikációs rendszerekben.

Ez a lencsetípus, amit Mikaelian lencseként is emlegetnek, a transzformációs optika területéről származik és azon az elképzelésen alapszik, hogy a lencsék a fényt úgy hajlítják el mint ahogy az általános relativitás szerint a téridő geometriájának görbülete tenné.

A tanulmány fő célja az volt, hogy olyan lencsét tervezzenek ami egyszerre működik a geometriai optikában, ahol a fényt részecskének tekintik, és a hullám optikában, amelynél a fény hullámszerű tulajdonságait is figyelembe veszik.

Ennek a legnagyobb kihívás az volt, hogy látszólag a két optikához szükséges hullámhosszok nem egyeztethetőek össze. Egyrészről a használt hullámhossznak lényegesen kisebb méretűnek kell lennie mint a lencse, de ezzel egy időben nagyobbnak kell lenniük mint az alap egységek, amiből maga a lencse felépül.

Hogy megoldják ezt a problémát a kutatók először Maxwell halszem lencséjéhez fordultak, ami az 1850-es évekre nyúlik vissza és a konformális lencsék alapjául szolgál. A tudósok magyarázatából az is kiderül, hogy nagyon nehéz a tervezet tulajdonságokat pusztán a transzformációs optika segítségével megvalósítani, ami főleg a három dimenziós médiumnak köszönhető. Viszont a transzformációs optikához szükséges két dimenziós médium, megkönnyítheti a gyártás folyamatát.

“Annak ellenére hogy transzformációs optika felhasználható újszerű optikai eszközök tervezésére, általában nagyon nehéz felhasználni őket praktikus rendszerekhez,” mondta Hui Liu, a Nanjing Egyetem kutatója és a tanulmány társszerzője. “A munkánkban létrehoztunk egy megvalósítható kísérleti platformot, hogy konformális transzformációs optikai eszközöket hozzunk létre.”

A lencse elkészítése után a tudósok megmutatták, hogy a lencse az önmaga fókuszálásának és a Talbot hatásnak is eleget tesz, így az eszköz összekapcsolja a geometriai és a hullám optikát.

A legérdekesebb felhasználási mód az hogy a konformális Talbot hatás, ami itt megjelenik, eltér az általános Talbot hatástól az önfókuszálás miatt, ennek köszönhetően a konformális hatásnál megszűnik az általános Talbot hatásnál még jelen lévő diffrakció.

A diffrakció hiányának köszönhetően pedig a Talbot hatás felhasználható kódolt optikai minták közvetítésére hosszú távolságon is alacsony torzítást mutatva. A kutatók szerint ez a képesség egy új lényegesen hatékonyabb eljáráshoz vezethet a digitális információ továbbításában a jövő optikai kommunikációjában.

“El tudunk küldeni egy csomó optikai nullát és egyest, párhuzamos kommunikációval, ami lényegesen gyorsabb mint az átlagos üvegszálaknál és más optikai hullámvezetőknél használt sorozatos kommunikáció,” mondta Liu. “A konformális Talbot hatás segíthet lecsökkenteni az átviteli hibák számát a nem diffrakciós tulajdonságának és a minták jó önfókuszálásának köszönhetően.”

A jövőben a kutatók szeretnék tovább vizsgálni a készülék további felhasználási módjait, mint amilyen például egy újszerű integrált fotonikus chip ami mikro-otikai áramköröket használ az információk feldolgozására. Ezeket a különleges chipeket a jövőben akár kvantumszámítógépeknél is felhasználhatják.

Forrás: journals.aps.org

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.