Breedband-glasvezels dragen informatie over lichtpulsen, met de snelheid van het licht, via optische vezels. Maar de manier waarop het licht aan het ene uiteinde wordt gecodeerd en aan het andere wordt verwerkt beïnvloedt de gegevenssnelheden.
Dit wereld-eerste nanofotonische apparaat, gepubliceerd in Nature Communications, codeert meer gegevens en verwerkt het veel sneller dan conventionele glasvezel door een speciale vorm van 'gedraaid' licht te gebruiken.
Dr. Haoran Ren van RMIT's School of Science, die mede-hoofdauteur van de krant was, zei dat het kleine nanofotonische apparaat dat ze hebben gebouwd voor het lezen van gedraaid licht de ontbrekende sleutel is die nodig is om supersnelle, ultrabreedbandcommunicatie te ontgrendelen.
"De huidige optische communicatie gaat op weg naar een 'capaciteitscrunch' omdat ze de steeds toenemende eisen van Big Data niet bij kunnen houden, 'zei Ren.
"Wat we hebben weten te doen, is om op een nauwkeurige manier gegevens te verzenden via licht op de hoogste capaciteit, zodat we onze bandbreedte enorm kunnen vergroten."
De huidige state-of-the-art glasvezelcommunicatie, zoals die gebruikt wordt in het Australische nationale breedbandnetwerk (NBN), gebruikt slechts een fractie van de werkelijke capaciteit van het licht door gegevens over het kleurenspectrum te dragen.
Nieuwe breedbandtechnologieën in ontwikkeling maken gebruik van de oscillatie of vorm van lichtgolven om gegevens te coderen, waardoor de bandbreedte toeneemt door ook gebruik te maken van het licht dat we niet kunnen zien.
Deze nieuwste technologie, op het snijvlak van optische communicatie, bevat gegevens over lichtgolven die in een spiraal zijn gedraaid om hun capaciteit nog verder te vergroten. Dit staat bekend als licht in een toestand van orbitaal impulsmoment, of OAM.
In 2016 publiceerde dezelfde groep van RMIT's Laboratory of Artificial-Intelligence Nanophotonics (LAIN) een disruptive research paper in het Science-tijdschrift waarin ze beschrijven hoe ze een klein bereik van dit gedraaide licht op een nanofotonische chip hadden kunnen decoderen. Maar technologie om een breed scala aan OAM-licht te detecteren voor optische communicatie was tot nu toe nog steeds niet haalbaar.
"Onze miniatuur OAM-nano-elektronische detector is ontworpen om verschillende OAM-lichtstatussen in een doorlopende volgorde te scheiden en om de informatie die door gedraaid licht wordt gedragen te decoderen," zei Ren.
"Om dit eerder te doen zou een machine ter grootte van een tafel nodig zijn, wat volledig onpraktisch is voor telecommunicatie. Door ultradunne topologische nanobladen te gebruiken die een fractie van een millimeter meten, doet onze uitvinding dit werk beter en past het op het uiteinde van een optische vezel. "
LAIN Directeur en medewerker Plaatsvervangend vice-kanselier voor onderzoek Innovatie en ondernemerschap bij RMIT, professor Min Gu, zei dat de materialen die in het apparaat worden gebruikt compatibel zijn met materialen op siliciumbasis die in de meeste technologie worden gebruikt, waardoor het eenvoudig kan worden opgeschaald voor industriële toepassingen.
"Onze OAM-nano-elektronische detector is als een 'oog' dat informatie die door gedraaid licht wordt gedragen kan 'zien' en kan decoderen om door elektronica te worden begrepen. De hoge prestaties, de lage kosten en het kleine formaat van deze technologie maken het een bruikbare toepassing voor de volgende generatie breedband optische communicatie, "zei hij.
"Het past in de schaal van bestaande glasvezeltechnologie en zou kunnen worden toegepast om de bandbreedte, of mogelijk de verwerkingssnelheid, van die vezel in de komende jaren met meer dan 100 te vergroten. Deze eenvoudige schaalbaarheid en de enorme impact die het zal hebben op de telecommunicatie is wat zo opwindend is. "
Gu zei dat de detector ook kan worden gebruikt om quantuminformatie te ontvangen die via twistlicht wordt verzonden, wat betekent dat het toepassingen kan hebben in een hele reeks geavanceerde quantumcommunicaties en quantum computing-onderzoek.
"Ons nano-elektronische apparaat zal het volledige potentieel van gedraaid licht vrijmaken voor toekomstige optische en kwantumcommunicatie," zei Gu.