Gli scienziati del Tokyo Institute of Technology hanno fabbricato un modulo multiplexer/demultiplexer basato su una proprietà della luce che non veniva sfruttata nei sistemi di comunicazione:il vortice ottico. Tali dispositivi saranno fondamentali per migliorare le reti ottiche, che sono la spina dorsale dell'Internet di oggi, in modo che possano soddisfare le esigenze di traffico di domani.

Nella nostra era incentrata sulla comunicazione, Il traffico Internet è in rapido aumento. Le enormi quantità di dati che viaggiano attraverso Internet sono abilitate da enormi reti dorsali, di solito coinvolgono milioni di connessioni implementate utilizzando la tecnologia di comunicazione ottica. Prevedendo che questo aumento del flusso di dati non si fermerà presto, i ricercatori di tutto il mondo sono alla ricerca di modi per sviluppare e migliorare ulteriormente le comunicazioni ottiche.

Una tecnica onnipresente nelle moderne comunicazioni elettroniche è il multiplexing, che è un modo per massimizzare l'uso della larghezza di banda disponibile. Il multiplexing consiste nell'impacchettare più segnali in un unico segnale che può essere inviato attraverso un mezzo condiviso, come una fibra ottica. Il segnale complesso ricevuto viene quindi demultiplato al ricevitore e ciascun segnale semplice viene instradato alla destinazione prevista. Oggigiorno vengono utilizzati più approcci di multiplexing per raggiungere velocità di oltre 100 Gbit/s attraverso reti ottiche.

Però, dobbiamo trovare un modo per stipare più dati in segnali ottici senza richiedere più energia ea basso costo; questo è, sono necessarie nuove tecnologie di multiplexing. I recenti metodi promettenti implicano l'utilizzo di proprietà della luce non convenzionalmente utilizzate per la comunicazione per codificare segnali indipendenti. Per esempio, la polarizzazione della luce è già stata impiegata e sono state proposte applicazioni pratiche.

D'altra parte, c'è un'altra caratteristica della luce, chiamato "vortice ottico", che può essere sfruttato. Questo è stato il focus di una ricerca condotta presso il Tokyo Institute of Technology, guidato dall'assistente professore Tomohiro Amemiya. "Il vortice ottico trasporta il momento angolare orbitale della luce e può essere utilizzato per multiplexare i segnali assegnando ciascun segnale a un'onda luminosa di diverso momento, " spiega Amemiya. L'applicazione del vortice ottico per il multiplexing del segnale rappresenta un territorio inesplorato con un grande potenziale.

Certo, persino pensare di codificare segnali in onde luminose con diversi vortici ottici e trasmetterli, è innanzitutto necessario progettare e realizzare la circuiteria necessaria sia per le operazioni di multiplexing che di demultiplexing. Il team di ricerca ha quindi progettato e fabbricato un modulo di multiplexing/demultiplexing del momento angolare orbitale.

Il loro dispositivo è stato fabbricato in modo da ricevere cinque segnali indipendenti come input. Usando una combinazione di due piccole strutture circuitali, chiamato accoppiatore stellare e generatore di vortici ottici, ciascuno dei cinque segnali è "codificato" con un momento angolare ottico unico. Il segnale di uscita è costituito da una combinazione dei cinque segnali, e il circuito ricevitore deve solo eseguire l'operazione di multiplexing in senso inverso (demultiplexing) per ritrovarsi nuovamente con i cinque segnali indipendenti.

Il modulo fabbricato è mostrato in Figura 1. Le punte curve delle guide d'onda del generatore di vortici ottici erano fatte di silicio e misuravano alcuni micrometri. Il processo di fabbricazione del generatore di vortici ottici era stato riportato in ricerche precedenti, e il lavoro ora svolto dal team dimostra un'applicazione concreta di questa tecnologia.

Dispositivi e tecniche di multiplexing come quelli dimostrati dal team saranno cruciali nel prossimo futuro. "E' certo che la domanda di sistemi ad alta capacità con basso costo e minori perdite di energia aumenterà ulteriormente in futuro, " afferma Amemiya. Fortunatamente, saranno sicuramente disponibili ulteriori modi per migliorare gli attuali sistemi di comunicazione sfruttando le proprietà non sfruttate della luce per farci fare un passo avanti nella nostra era della comunicazione.