Lensa optik dapat mentransfer informasi digital tanpa kehilangan

Anonim

(Phys.org) —Peneliti telah merancang lensa optik yang menunjukkan dua properti yang sejauh ini belum dibuktikan bersama: pemfokusan diri dan efek optik yang disebut efek Talbot yang menciptakan pola cahaya berulang. Para peneliti menunjukkan bahwa kombinasi dari dua sifat ini dapat digunakan untuk mentransfer sinyal digital yang dikodekan tanpa kehilangan informasi, yang memiliki aplikasi potensial untuk mewujudkan sistem komunikasi optik yang sangat efisien.

Para ilmuwan, Xiangyang Wang dan Hui Liu di Universitas Nanjing, Huanyang Chen di Universitas Xiamen, bersama dengan rekan penulis mereka, telah menerbitkan sebuah makalah tentang lensa baru, yang disebut "lensa konformal, " dalam edisi terbaru Physical Review Letters.

Jenis lensa konformal, yang juga dikenal sebagai lensa Mikaelian, muncul dari bidang optik transformasi, yang didasarkan pada gagasan bahwa lensa dapat mengarahkan cahaya dalam analogi dengan bagaimana geometri lengkung ruangwaktu membengkokkan cahaya dalam relativitas umum.

Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk merancang lensa konformal yang bekerja secara bersamaan dalam dua rezim yang berbeda: rezim optik geometri, di mana cahaya diperlakukan sebagai partikel, dan rezim gelombang optik, yang juga menyumbang sifat-sifat seperti gelombang cahaya.

Bekerja di kedua rezim itu menantang karena kedua rezim memiliki dua persyaratan yang tampaknya bertentangan untuk ukuran panjang gelombang yang bekerja. Di satu sisi, panjang gelombang yang bekerja harus jauh lebih kecil daripada ukuran lensa, tetapi pada saat yang sama mereka harus lebih besar dari unit dasar yang membentuk lensa.

Untuk mengatasi tantangan ini, para peneliti memulai dengan lensa mata ikan Maxwell, yang berasal dari tahun 1850-an, sebagai dasar untuk lensa konformal. Mereka menjelaskan bahwa mencoba untuk mewujudkan lensa dengan sifat yang diinginkan menggunakan optik transformasi konvensional sangat menantang, sebagian karena tuntutannya pada medium tiga dimensi. Di sisi lain, optik transformasi konformal menempatkan tuntutan pada medium dua dimensi, yang memudahkan persyaratan fabrikasi.

"Meskipun optik transformasi dapat digunakan untuk merancang banyak perangkat optik baru, biasanya sangat sulit untuk digunakan dalam sistem praktis, terutama dalam rejim yang terlihat, " kata Liu kepada Phys.org. "Dalam pekerjaan kami, kami telah membuat platform percobaan yang layak untuk mendapatkan perangkat optik transformasi konformasi."

Setelah membangun lensa konformal, para peneliti menunjukkan bahwa lensa menunjukkan baik yang berfokus pada diri sendiri, yang merupakan properti optik geometrik, dan efek Talbot, yang merupakan properti optik gelombang. Dengan cara ini, perangkat menghubungkan dua bidang yang berbeda dari optik geometri dan optik gelombang.

Yang paling menarik untuk aplikasi potensial adalah bahwa efek Talbot konformal yang ditampilkan di sini sangat berbeda dari efek Talbot biasa di media lain karena properti self-focusing tambahan. Salah satu perbedaan terbesar adalah bahwa, tidak seperti efek Talbot biasa yang mengalami difraksi batas, efek Talbot konformal tidak.

Sebagai akibat dari kurangnya difraksi, efek Talbot konformal dapat digunakan untuk mentransfer pola optik yang disandikan pada jarak jauh dengan jumlah distorsi yang sangat kecil. Para peneliti berharap bahwa kemampuan ini dapat mengarah pada metode yang sangat efisien dalam mentransfer informasi digital dalam sistem komunikasi optik kecepatan tinggi masa depan tanpa kehilangan informasi.

"Kami dapat mengirim aliran digit optik '0' dan '1' dengan komunikasi paralel, yang jauh lebih cepat daripada komunikasi serial yang digunakan dalam pandu optik biasa atau serat optik, " kata Liu. "Efek Talbot konformal dapat membantu mengurangi kesalahan transmisi karena sifat non-difraktif dan self-focusing yang baik dari pola lapangan."

Di masa depan, para peneliti berencana untuk mengeksplorasi berbagai aplikasi potensial dari transformasi konformal optik, seperti merancang chip photonic terintegrasi baru yang dapat mengangkut dan memproses informasi dalam sirkuit mikro-optik. Ini "chip foton konformal" mungkin suatu hari akan digunakan dalam komputer kuantum masa depan.

"Kami berharap optik transformasi konformal dapat digunakan dalam simulator kuantum dan komputer kuantum di masa depan, " kata Chen. "Kami juga berencana untuk meniru efek kuantum di ruang lengkung relativitas umum menggunakan optik transformasi konformal, seperti cakrawala lubang hitam dan radiasi Hawking."

menu
menu