В России придумали надежный способ передачи больших данных в космосе
Команда российских ученых, куда вошли специалисты Университета ИТМО, предложила простой способ повысить пропускную способность и надежность передачи данных свободно-пространственной оптической связи в космосе. Они научились управлять структурой и составом световой «гребенки» из вихревых пучков лазера. Каждый пучок при этом работает как отдельный канал передачи информации.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nano Letters. Для передачи информации между космическими спутниками используется свободно-пространственная оптическая связь. Ее устройство похоже на оптический Wi-Fi: информация кодируется в лазерный пучок, и он транслируется получателю. Технология не требует оптоволоконного кабеля, поэтому ее можно быстро и просто развернуть в любом месте. Но пока пропускная способность свободно-пространственной оптической связи достигает скорости до 20 Гбит/с (волоконно-оптические системы связи могут поддерживать скорость передачи данных до 100 Тбит/с), а на стабильность оптического сигнала влияют внешние факторы, например, облака и пыль.
Создать надежное высокоскоростное соединение могут «закрученные» световые пучки — вихри. В отличие от «незакрученного» света, они обладают не только частотой и амплитудой (интенсивность свечения), но и проекцией орбитального углового момента. Она представляет дополнительный параметр, который позволяет создать несколько независимых каналов передачи данных, подобных разным частотам в радиосвязи. Чем больше проекций, тем больше информации можно закодировать в один луч. При этом проекции не смешиваются — это гарантирует надежную передачу данных.
Вихревые световые пучки с проекцией орбитального углового момента можно создавать с помощью технологии световой «орбитальной гребенки». Она генерирует сразу множество «закрученных» пучков, каждый со своим уникальным значением проекции орбитального углового момента. Однако саму «орбитальную гребенку» обычно формируют с помощью технически сложных устройств — специальных модуляторов света, метаповерхностей и других продвинутых оптических элементов.
Ученые Нового физтеха ИТМО разработали более простой и надежный способ получения набора вихревых пучков с разными значениями проекций орбитального углового момента. Особенность разработки в том, что исследователи могут не просто создать световую «гребенку», а управлять ею и таким образом влиять на каждый отдельный вихревой пучок. Это позволит более надежно кодировать и передавать информацию, увеличивая пропускную способность и стабильность оптических каналов связи. В исследовании также приняли участие ученые Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН и Национального исследовательского университета «МИЭТ».
Световая «гребенка» создается в несколько этапов. Лазерный луч от фемтосекундного лазера проходит через специальную дифракционную решетку с топологическим дефектом, становится вихревым пучком и приобретает новый параметр — проекцию орбитального углового момента. Получившийся пучок похож не на сплошное круглое пятно, а на «бублик». Затем он меняет тип моды (состояния электромагнитного поля) в первом конвертере и проходит через нелинейный кристалл. Благодаря этим двум преобразованиям форма «бублика» плавно переходит в набор упорядоченных точек, как будто их прочесали расческой, частота вихревого пучка удваивается, и одновременно с этим в пучке увеличивается количество компонентов с проекцией орбитального углового момента. В этот момент структура пучка фиксируется и становится устойчивой к искажениям. Последний конвертер преобразует набор точек в настоящую световую «орбитальную гребенку», напоминающую свиной пятачок, с разными значениями проекций орбитального момента. Они не взаимодействуют друг с другом, и каждая проекция передает свою часть информации независимо.
«Наш подход — это сильная нелинейность, которую мы используем в качестве оптического преобразования для записи информации. Мы преобразуем исходный вихревой пучок с помощью тонкого кристалла бета бората бария в набор вихревых состояний — «орбитальную гребенку». Первый конвертер позволяет нам регулировать, какие именно амплитуды входят в состав пучка после нелинейного кристалла. Меняя параметры исходного пучка с его помощью, мы кодируем информацию в амплитудную структуру гребенки. Эта структура устойчива к линейным искажениям, и без внешнего сильного нелинейного воздействия также остается стабильной при передаче данных. Поэтому мы можем кодировать большие объемы данных и передавать их, например, от спутника к спутнику, не боясь что-то потерять», — объяснил один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник физического факультета ИТМО Станислав Батурин.
Новый способ создания световой «гребенки» потенциально можно использовать для настройки надежной и быстрой оптической связи в космосе. В перспективе ученые планируют разработать методы, которые помогут передавать сигнал не только в вакууме, но и воздухе.
«Следующим этапом станет разработка демодулятора — устройства, способного «разложить» полученный оптический сигнал на отдельные каналы по орбитальному угловому моменту. В сочетании с генератором орбитальной гребенки это позволит создать полноценную систему передачи данных, где передатчик и приемник будут работать как оптический аналог многоканальной радиосвязи: передатчик формирует несколько независимых каналов в одном пучке света, а демодулятор выделяет каждый канал для дальнейшей обработки», — рассказал первый автор исследования, аспирант физического факультета ИТМО Даниил Литвинов.
Исследование поддержано программой «Приоритет 2030» и грантами Российского научного фонда.
Telegram 
Дзен 
VK После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
С помощью ускорителей ученые имитируют процессы, происходившие в первые мгновения жизни Вселенной. Так пытаются решить загадки наблюдаемой реальности: почему материи больше, чем антиматерии, состоят ли кварки из других частиц, как сохраняется барионное число. В этот раз анализ столкновений на коллайдере RHIC предоставил сильное свидетельство того, что барионное число переносится не кварками, а глюонной перемычкой внутри протонов.
Вполне возможно, что примерно 55 тысяч лет назад неандертальцы обитали гораздо южнее, чем считалось до сих пор. На то, что они могли приспособиться к жизни в условиях пустыни, указали каменные орудия, обнаруженные на Аравийском полуострове.
В черепах участников битв эпохи Средневековья часто находят отверстия квадратной формы, о происхождении которых спорят специалисты. Авторы нового исследования пришли к выводу, что такое повреждение — следствие смертельного удара по голове палицей.
Анализ почти 69 тысяч видов насекомых помог опровергнуть главенствующую теорию эволюции, которая полвека объясняла устройство колоний пчел, муравьев и ос. Исследователи выяснили, что общепринятый генетический фактор сам по себе не приводит к разделению труда, а настоящий секрет их коллективного выживания кроется в совсем других биологических чертах.
У любителей кофе выявили расхождение в уровнях тестостерона: одна форма этого гормона повышалась вместе с количеством выпитого, а другая, напротив, снижалась. Результат оказался особенно интересным на фоне изменений других показателей, связанных с обменом веществ и здоровьем сердца.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Остров Пекан недалеко от Мексиканского залива в Луизиане вскоре перейдет в собственность компании Илона Маска. Здесь будет новый космодром для Starship, почти в 20 раз больше, чем в Бока-Чике, где уже стоят две стартовых площадки. Уникальное местоположение позволит компании попытаться реализовать амбициозную цель о запуске миллиона низкоорбитальных спутников на орбиты, где сегодня находится подавляющее меньшинство спутников Земли.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно