多路复用光学天线
研究人员发现了一种利用光波特性的方法，可以从根本上增加它们携带的数据量。他们展示了由同心环组成的天线发射离散的扭曲激光束，该同心环大致等于人类头发的直径——小到可以放置在计算机芯片上。
这项工作将显着增加相干光源可以复用或同时传输的信息量。多路复用的一个常见示例是通过单根电线传输多个电话呼叫，但可以直接多路复用的相干扭曲光波的数量存在根本限制。
该技术通过称为轨道角动量的光特性克服了当前的数据容量限制。它在生物成像、大容量通信和传感器等方面都有应用。
当前通过电磁波传输信号的方法已达到极限。例如，频率已经饱和，这就是为什么只能在收音机上调到这么多电台的原因。偏振，其中光波被分成两个值 - 水平或垂直 - 可以使传输的信息量增加一倍。电影制作人在制作 3D 电影时会利用这一点，让戴着专业眼镜的观众接收两组信号（每只眼睛一组），从而产生立体效果和深度错觉。
除了频率和极化之外，还有轨道角动量 (OAM)，这是一种光的特性，已引起科学家们的关注，因为它为数据传输提供了指数级更大的容量。考虑 OAM 的一种方法是将其与龙卷风的漩涡进行比较。光中的漩涡，具有无限的自由度，原则上可以支持无限量的数据。挑战在于找到一种可靠地产生无限数量的 OAM 光束的方法。
研究人员从天线开始，天线是电磁学中最重要的组件之一，也是正在进行的 5G 和即将到来的 6G 技术的核心。本研究中的天线是拓扑结构的——即使设备被扭曲或弯曲，它们的基本特性也得以保留。
为了制作拓扑天线，研究人员使用电子束光刻技术将网格图案蚀刻到砷化铟镓磷化物（一种半导体材料）上，然后将该结构粘合到由钇铁石榴石制成的表面上。他们设计了网格以形成三个同心圆图案的量子阱——最大的直径约为 50 微米——以捕获光子。该设计为支持一种称为光子量子霍尔效应的现象创造了条件，该现象描述了在施加磁场时光子的运动，迫使光在环中仅沿一个方向传播。
通过施加垂直于二维微观结构的磁场，研究人员成功地产生了三个在表面上方的圆形轨道上传播的 OAM 激光束。研究进一步表明，激光束的量子数高达 276，指的是光在一个波长内绕其轴扭转的次数。
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