I fasci di luce pieghevoli hanno applicazioni significative nella manipolazione ottica, imaging ottico, percorso, microlavorazione e ottica non lineare. I ricercatori hanno a lungo esplorato i fasci di luce curvi al posto dei tradizionali fasci gaussiani per le comunicazioni luminose in linea di vista. In un recente studio ora pubblicato su Rapporti scientifici , Long Zhu e un team di ricercatori in informazioni ottiche ed elettroniche, in Cina, spazio libero proposto e sviluppato, sistemi di comunicazione a luce pieghevole che trasportano dati tra bersagli arbitrari per una potenziale multifunzionalità. I ricercatori hanno impiegato un segnale multitono discreto (DMT) basato su modulazione di ampiezza in quadratura 32-ary (32-QAM) per dimostrare la comunicazione di rilevamento diretto modulato a intensità luminosa modulata (IM-DD) nello spazio libero in presenza di tre percorsi di luce curvi. Hanno caratterizzato (testato) più funzioni della comunicazione della luce pieghevole nello spazio libero per rivelare che hanno permesso alle comunicazioni ottiche di essere più flessibili, robusto e multifunzionale. Il lavoro aprirà una nuova direzione per esplorare speciali fasci di luce abilitati, comunicazioni luminose avanzate nello spazio libero.

I fasci luminosi pieghevoli sono una nuova classe di onde elettromagnetiche associate a un massimo di intensità localizzato che possono propagarsi lungo una traiettoria curva. I ricercatori hanno precedentemente studiato e riportato classi generiche di fasci di luce pieghevoli che viaggiano lungo traiettorie ellittiche e paraboliche. I fasci ariosi (sembrano curvarsi mentre viaggiano) sono un tipo di fasci non diffrangenti che mantengono il proprio fronte d'onda durante la trasmissione, proprio come le travi di Bessel (che esistono solo in teoria, idealmente) per comunicazioni ottiche prive di ostacoli. I raggi ariosi possiedono proprietà di autoaccelerazione, non diffrazione e autoguarigione per propagarsi lungo una traiettoria parabolica. A parte i raggi ariosi, fasci di luce pieghevoli possono ricostruire il loro fronte d'onda per propagarsi continuamente lungo la traiettoria preimpostata. Per esplorare i vantaggi dei fasci di luce pieghevoli per diverse applicazioni, i ricercatori devono piegare la luce lungo traiettorie arbitrarie; che può essere ottenuto utilizzando il metodo caustico. La traiettoria desiderata può essere ottenuta con una caustica di luce ottica da implementare nello spazio reale e nello spazio di Fourier.

I fisici avevano precedentemente utilizzato raggi ariosi per il trasferimento di informazioni nello spazio libero senza esplorare funzionalità aggiuntive dei raggi di luce pieghevoli. Nel presente lavoro, Zhu et al. ha quindi studiato fasci di luce pieghevoli per la comunicazione ottica nello spazio libero. Il percorso ottico è tradizionalmente una linea retta che collega il trasmettitore e il ricevitore, però, ostacoli tra di loro si sviluppano come fallimento di comunicazione. L'uso di fasci di luce curvi durante la comunicazione ottica nello spazio libero consente quindi agli scienziati di aggirare facilmente gli ostacoli utilizzando traiettorie appropriate. Poiché i raggi di luce pieghevoli non diffrangono, possono costruire il loro fronte d'onda e continuare a propagarsi lungo traiettorie prestabilite. Di conseguenza, gli scienziati possono progettare traiettorie specifiche per inviare informazioni a più utenti evitando agli utenti indesiderati di costruire sistemi di comunicazione più flessibili e robusti.

Zhu et al. ha utilizzato la modulazione della luce spaziale solo in fase per realizzare fasci di luce pieghevoli lungo traiettorie arbitrarie, comprese le traiettorie auto-interrotte. Hanno dimostrato con successo i sistemi di comunicazione a rilevamento diretto modulato a intensità luminosa modulabile nello spazio libero (IM-DD) utilizzando tre diversi percorsi di luce curvi. Il team di ricerca ha quindi classificato le prestazioni di trasmissione all'interno di quattro diverse condizioni:

1. La comunicazione aggira gli ostacoli
2. Comunicazione di autoguarigione
3. Comunicazione della traiettoria auto-rotta
4. Mobile, comunicazione multi-ricevitore

I ricercatori hanno prima progettato un modello di fase specifico per il controllo della luce spaziale utilizzando un metodo ottico caustico della luce per costruire percorsi di luce arbitrariamente curvi per una maggiore flessibilità all'interno del sistema di comunicazione. A differenza delle tradizionali travi gaussiane, la luce flessibile generata da Zhu et al. aggirato gli ostacoli esistenti, come previsto. La proprietà autorigenerante del raggio curvo ha reso il sistema di comunicazione più robusto. Hanno quindi costruito un raggio di luce curvo a traiettoria auto-interrotto per aumentare la sicurezza del sistema di comunicazione per le informazioni di luce curva risultanti da fornire a più utenti lungo il percorso della luce. La luce pieghevole, sistema di comunicazione nello spazio libero era multifunzionale, flessibile e robusto.

Come prova di concetto, Zhu et al. utilizzato un 39,06 Gbit/s, Trasmissione del segnale DMT 32-QAM a 1550 nm inviato al collimatore per generare un fascio gaussiano nello spazio libero con un diametro del fascio di due µm e un'apertura numerica di 0,24. Il team di ricerca ha generato la luce pieghevole che trasporta i dati immediatamente dopo l'allineamento della polarizzazione della luce utilizzando un modulatore di luce spaziale (SLM) caricato con il modello di fase desiderato tramite il metodo caustico della luce ottica. Gli scienziati hanno impiegato un sistema di imaging 4-f a due lenti per registrare l'intera traiettoria di propagazione e hanno posizionato una telecamera per registrare la dinamica della luce curva pieghevole in propagazione che si muove lungo uno stadio di traslazione lineare motorizzato per accoppiarsi al ricevitore per il rilevamento del segnale.

Zhu et al. ha generato con successo tre fasci di luce pieghevoli con diverse traiettorie curve. Per prima cosa hanno ottenuto fasci di luce curvi lungo traiettorie paraboliche e fasci di luce curvi a forma di S e hanno osservato che le distribuzioni di intensità misurate erano in buon accordo con le traiettorie pre-progettate. Il team ha misurato le prestazioni del tasso di errore di bit (BER) rispetto al rapporto segnale/rumore ottico ricevuto (OSNR) per i tre fasci di luce pieghevoli. Hanno mostrato molteplici funzionalità di comunicazione della luce pieghevole nello spazio libero.

Per realizzare questo, prima hanno posto ostacoli lungo la linea di vista tra il trasmettitore e il ricevitore e hanno usato un raggio gaussiano per il confronto negli esperimenti. Zhu et al. impostare un ostacolo (Ob1) e misurare le prestazioni del BER del raggio di luce a forma di S seguito da due ostacoli (Ob1 e Ob2), per misurare la curva BER del fascio di luce a forma di S (curva BP-Ob-2). I ricercatori hanno quindi mostrato la proprietà di autoguarigione delle comunicazioni di luce pieghevole nello spazio libero utilizzando un'ostruzione di 0,8 mm di diametro per bloccare il percorso curvo di un raggio pieghevole a forma di S. Dopo la propagazione, la luce ha ricostruito il suo fronte d'onda per raggiungere un ricevitore a 300 mm di distanza come autorigenerante, luce pieghevole che trasporta dati. Alla misurazione, le prestazioni della luce ricostruita apparivano simili alla curva non bloccata. Quando il team ha generato un raggio di luce curvo con una traiettoria auto-interrotta, il lobo principale della luce curva sembrava mancare e recuperato verso il completamento della comunicazione. Sebbene non siano stati in grado di rilevare le informazioni sulla parte rotta, gli scienziati hanno ricevuto con successo le informazioni alla fine del raggio di luce pieghevole.

Il team di ricerca ha quindi testato le prestazioni di comunicazione del raggio di luce pieghevole per altri utenti. Grazie alla sua proprietà di autoguarigione, la luce curva potrebbe fornire informazioni a più utenti lungo la traiettoria del percorso ottico curvo, a differenza delle tradizionali comunicazioni luminose nello spazio libero. Il team ha posizionato tre ricevitori lungo il percorso della luce e ha misurato le loro prestazioni BER per dimostrare prestazioni di trasmissione quasi simili tra i tre ricevitori.

In questo modo, Long Zhu e colleghi hanno dimostrato con successo lo spazio libero, comunicazioni leggere pieghevoli che trasportano dati e funzionalità multiple classificate. I risultati osservati hanno mostrato che la luce pieghevole potrebbe fornire dinamica, comunicazioni ottiche flessibili e robuste nello spazio libero. Gli scienziati si aspettano che lo schema sia scalabile per la distanza di propagazione e l'offset di flessione. Il lavoro aprirà una nuova porta per esplorare fasci di luce simili e faciliterà ampi sistemi di comunicazione della luce nello spazio libero con versatilità avanzata.

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