Співробітник університету Арізони (США) Іван Джорджевич (Ivan Djordjevic) запропонував нестандартний спосіб модуляції сигналу для передачі в космосі.

Дальня оптичний зв'язок в космосі часто реалізується на основі временнóй імпульсної модуляції. Тут якийсь проміжок часу розбивається на кілька окремих ділянок, а дані кодуються шляхом відправки імпульсу в одному з цих «вікон». Легко зрозуміти, що скорочення ширини «вікон» дозволяє збільшити швидкість передачі, але це вимагає більш досконалої та складної електронної апаратури і відображається на вартості системи і витраті енергії.

Г-н Джорджевич розглядає інший метод підвищення швидкості, заснований на використанні вихрових пучків, що несуть ненульовий орбітальний кутовий момент. Виділити основну особливість такого пучка нескладно: досить відзначити поверхні постійної фази (точки простору, в яких хвиля знаходиться в однаковій фазі коливання), як це зроблено на малюнку нижче. У звичайній плоскій хвилі поверхні постійної фази нагадують віддалені один від одного листи, а у «вихору» поверхню закручується і набуває гвинтову структуру. Коли якийсь мікрооб'єкт, наприклад, поглинає таку хвилю, її момент імпульсу передається йому, і він може почати обертання.

Якщо уявити собі, що «вихор» розсікається площиною, перпендикулярної осі його поширення, то різні точки на цій площині будуть відповідати різних фаз хвилі. При обході навколо центральної точки на площині фаза буде постійно зростати і на повному обороті зміниться на 2π. Для нас важливо, що «закрутити» хвилю можна і сильніше, задавши довільна зміна фази за повний обхід по азимуту, кратне 2π.

Різні типи структури хвильових фронтів (ілюстрація з «Соросівського освітнього журналу»).

У схемі, спроектованої американським фізиком, додаткова модуляція по орбітальному кутового моменту піднімає швидкість передачі, а надійність забезпечує давно відомий код з малою щільністю перевірок на парність. За словами автора, результати обчислень повністю підтверджують працездатність схеми при поширенні випромінювання в змодельованій атмосфері Землі, яка спотворює вихідний сигнал за рахунок турбулентності.

Відносно прості методики формування вихрових лазерних пучків за допомогою спеціальних голограм вчені вже розробили. Труднощі, швидше за все, виникнуть на етапі прийому та розшифровки модульованого по орбітальному кутового моменту сигналу, але дати обгрунтовану оцінку того, наскільки ці проблеми серйозні, поки не може ні сам Іван Джорджевич, ні його колеги, які критикують ідею.

За матеріалами: ScienceNOW

Tweet