다중화된 광 안테나

연구원들은 운반하는 데이터의 양을 급격히 증가시킬 수 있는 광파의 속성을 활용하는 방법을 발견했습니다. 그들은 컴퓨터 칩에 배치할 수 있을 만큼 작은 사람의 머리카락 직경과 거의 같은 동심원 고리로 구성된 안테나에서 개별 꼬임 레이저 빔을 방출하는 것을 보여주었습니다.

이 작업은 간섭성 광원에 의해 다중화되거나 동시에 전송될 수 있는 정보의 양을 크게 증가시킬 것입니다. 다중화의 일반적인 예는 단일 와이어를 통해 여러 전화 통화를 전송하는 것이지만 직접 다중화할 수 있는 간섭성 꼬인 광파의 수에는 근본적인 제한이 있었습니다.

이 기술은 궤도 각운동량이라는 빛의 특성을 통해 현재의 데이터 용량 한계를 극복합니다. 생물학적 이미징, 고용량 통신 및 센서에 응용 프로그램이 있습니다.

전자파를 통해 신호를 전송하는 현재의 방법은 한계에 도달했습니다. 예를 들어 주파수가 포화 상태가 되었기 때문에 라디오에서 조정할 수 있는 방송국이 너무 많습니다. 광파가 수평 또는 수직의 두 값으로 분리되는 편광은 전송되는 정보의 양을 두 배로 늘릴 수 있습니다. 영화 제작자는 3D 영화를 제작할 때 이를 활용하여 특수 안경을 쓴 시청자가 각 눈에 하나씩 두 세트의 신호를 수신하여 입체 효과와 깊이의 환상을 만들 수 있습니다.

주파수와 편광 너머에는 기하급수적으로 더 큰 데이터 전송 용량을 제공하기 때문에 과학자들의 주목을 받은 빛의 속성인 궤도 각운동량(OAM)이 있습니다. OAM에 대해 생각하는 한 가지 방법은 그것을 토네이도의 소용돌이와 비교하는 것입니다. 무한한 자유도를 가진 빛의 소용돌이는 원칙적으로 무한한 양의 데이터를 지원할 수 있습니다. 문제는 무한한 수의 OAM 빔을 안정적으로 생성하는 방법을 찾는 것이었습니다.

연구원들은 전자기학에서 가장 중요한 구성요소 중 하나이자 진행중인 5G 및 향후 6G 기술의 중심인 안테나로 시작했습니다. 이 연구의 안테나는 토폴로지입니다. 즉, 장치가 비틀리거나 구부러져도 필수 속성이 유지됩니다.

토폴로지 안테나를 만들기 위해 연구원들은 전자빔 리소그래피를 사용하여 인듐 갈륨 비소 인화물(반도체 재료)에 격자 패턴을 에칭한 다음 이트륨 철 석류석으로 만들어진 표면에 구조를 결합했습니다. 그들은 광자를 가두기 위해 가장 큰 직경이 약 50미크론인 3개의 동심원 패턴으로 양자 우물을 형성하도록 그리드를 설계했습니다. 이 설계는 자기장이 적용될 때 광자의 움직임을 설명하는 광자 양자 홀 효과로 알려진 현상을 지원하는 조건을 만들어 빛이 고리에서 한 방향으로만 이동하도록 했습니다.

2차원 미세구조에 수직인 자기장을 적용함으로써 연구자들은 표면 위의 원형 궤도를 이동하는 3개의 OAM 레이저 빔을 성공적으로 생성했습니다. 이 연구는 또한 레이저 빔의 양자수가 276이라는 것을 보여주었습니다. 이는 빛이 한 파장에서 축을 중심으로 비틀린 횟수를 나타냅니다.