Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
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 Большой коллектив российских ученых из ведущих научных центров, включая Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН, Объединенный институт ядерных исследований, НИЦ «Курчатовский институт», МФТИ и Институт ядерных исследований РАН, провел один из самых чувствительных в мире поисков больших дополнительных измерений Вселенной. С помощью уникального детектора DANSS, расположенного в непосредственной близости от энергетического ядерного реактора на Калининской АЭС, физики проанализировали рекордные 5,8 миллиона событий взаимодействия антинейтрино. Хотя прямого подтверждения существования «скрытых миров» найдено не было, полученные результаты установили самые жесткие на сегодняшний день ограничения на их возможные параметры и с высокой долей уверенности исключили гипотезу о дополнительных измерениях как объяснение многолетних загадок в физике нейтрино.
В Новгородском университете решили математическую «задачу о двуруком бандите» и внесли вклад в решение фундаментальной математической проблемы. Полученные результаты научного исследования можно применять в оптимизации пакетной обработки больших данных.
В последние 10-12 лет наблюдения новых телескопов показали, что древняя и современная Вселенная расширяется с разными скоростями, хотя в стандартной космологической модели должна с постоянной. Группа физиков предложила возможное объяснение и попутно рассчитала дату «конца света».
Археологи Института истории материальной культуры РАН (ИИМК РАН), при поддержке фонда «История отечества» в ходе раскопок обнаружили на всемирно известной стоянке каменного века Костенки-17 в Воронежской области редчайшие украшения из зубов песца и окаменелой раковины, а также уникальный для этого времени нуклеус из бивня мамонта для снятия заготовок.
Обычно выбрасываемое кометой вещество придает ей заметное ускорение. Как выяснилось, с третьим известным науке межзвездным объектом 3I/ATLAS этого практически не происходит, хотя у него есть и кома, и хвост. Астрофизики сейчас пытаются найти этому объяснение.
Если гипотетическая внеземная цивилизация живет возле очень старой и потому очень горячей звезды, она могла бы спасти свою планету от перегрева с помощью защитной астроинженерной конструкции. Астрофизики рассказали, как ее можно будет обнаружить с помощью новой обсерватории.
Посадка, включая выгорание куска степи, прошла штатно, но часть грызунов на борту погибли. Правда, погубила их не повышенная космическая радиация полярной орбиты, влияние которой на млекопитающих планировали выявить в миссии, а более банальные причины.
Исследования самодержавия могут пролить свет на феномен, исконно свойственный российской государственности, а значит, переосмыслить исторический путь России и выработку новых направлений развития, к такому выводу пришел ученый ТюмГУ.
Третий известный межзвездный объект 3I/ATLAS летит примерно вдвое быстрее обоих своих предшественников. По расчетам, его вряд ли могло выбросить из родной планетной системы с подобной скоростью, и так разогнаться по пути он тоже не мог.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
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