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2021-02-28 10:14 |
無束縛的光：新型光學(xué)天線可消除數(shù)據(jù)傳輸限制
加州大學(xué)伯克利分校的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種利用光波特性的新方法，這種方法可以極大地增加光波攜帶的數(shù)據(jù)量。他們展示了由同心環(huán)組成的天線發(fā)射的離散扭曲激光束，同心環(huán)的直徑大約等于一根頭發(fā)，小到可以放在計算機芯片上。該研究成果2月25日發(fā)表于《自然·物理》(Nature Physics)。 1zgM$p
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加州大學(xué)伯克利分校電氣工程與計算機科學(xué)系的胡晨明副教授說：“世界正在經(jīng)歷數(shù)據(jù)爆炸，現(xiàn)在擁有的通信渠道很快將無法滿足需求。我們的技術(shù)通過一種叫做軌道角動量的光的特性克服了當(dāng)前數(shù)據(jù)容量的限制。它將改變游戲規(guī)則，可應(yīng)用于生物成像、量子密碼術(shù)、大容量通信和傳感器。” />wE[`
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坎特（Kanté）也是勞倫斯·伯克利國家實驗室（伯克利實驗室）材料科學(xué)部的科學(xué)家，在加州大學(xué)圣地亞哥分校開始研究后，一直在加州大學(xué)伯克利分校繼續(xù)這項工作。該研究的第一作者是康德實驗室的前博士生Babak Bahari。 ]=PkgOJD
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研究人員從天線開始，天線是電磁學(xué)中最重要的組件之一，他們指出，天線是正在進行的5G和即將到來的6G技術(shù)的核心。這項研究中的天線是拓撲的，這意味著即使當(dāng)設(shè)備扭曲或彎曲時，它們的基本特性也會保留下來。 h j}P L
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為了制造拓撲天線，研究人員使用電子束光刻技術(shù)在半導(dǎo)體材料磷化銦鎵上蝕刻出網(wǎng)格圖案，然后將該結(jié)構(gòu)結(jié)合到釔鐵石榴石制成的表面上。研究人員設(shè)計了網(wǎng)格，以三個同心圓的模式形成量子阱，最大直徑約為50微米，以捕獲光子。 WL?qulC}h1
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這項設(shè)計創(chuàng)造了支持光子量子霍爾效應(yīng)現(xiàn)象的條件，這種現(xiàn)象描述了當(dāng)施加磁場時光子的運動，迫使光在環(huán)中只向一個方向傳播。就此，研究人員表示其“是第一個證明量子霍爾效應(yīng)對光起作用的人�！� |h&Z.
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通過施加垂直于其二維微結(jié)構(gòu)的磁場，研究人員成功地產(chǎn)生了三束在表面上方圓形軌道上行進的軌道角動量(OAM)激光束。這項研究進一步表明，激光束的量子數(shù)(光在一個波長內(nèi)繞其軸扭曲的次數(shù))高達276。 &8I }q]'k
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坎特說：“擁有更大的量子數(shù)就像字母表中使用的字母更多......允許光擴展它的詞匯量。在我們的研究中，我們在電信波長證明了這種能力。但原則上，它可以適應(yīng)其他頻段。即使我們創(chuàng)造了3種激光器，將數(shù)據(jù)速率提升了3倍，但其實光束的數(shù)量和數(shù)據(jù)容量沒有限制�！� %=$Knc_!T^
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