Les scientifiques ont franchi une étape importante vers l'utilisation de la lumière « torsadée » comme une forme de sans fil, transmission de données à haute capacité qui pourrait rendre la fibre optique obsolète.

Dans un nouveau rapport publié aujourd'hui (jeudi 26 octobre) dans la revue Avancées scientifiques , une équipe de physiciens basée au Royaume-Uni, Allemagne, La Nouvelle-Zélande et le Canada décrivent comment de nouvelles recherches sur le « moment angulaire optique » (OAM) pourraient surmonter les difficultés actuelles liées à l'utilisation de la lumière torsadée dans des espaces ouverts.

Les scientifiques peuvent « tordre » les photons – des particules individuelles de lumière – en les faisant passer à travers un type spécial d'hologramme, semblable à celui d'une carte de crédit, donnant aux photons une torsion connue sous le nom de moment angulaire optique.

Alors que les communications numériques conventionnelles utilisent des photons comme des uns et des zéros pour transporter des informations, le nombre de torsions entrelacées dans les photons leur permet de transporter des données supplémentaires - quelque chose qui s'apparente à l'ajout de lettres à côté des uns et des zéros. La capacité des photons torsadés à transporter des informations supplémentaires signifie que le moment angulaire optique a le potentiel de créer une technologie de communication à bande passante beaucoup plus élevée.

Alors que les techniques de moment angulaire optique ont déjà été utilisées pour transmettre des données à travers des câbles, la transmission de la lumière tordue à travers les espaces ouverts a été beaucoup plus difficile pour les scientifiques à ce jour. Même de simples changements de pression atmosphérique à travers des espaces ouverts peuvent disperser des faisceaux lumineux et entraîner la perte des informations de rotation.

Les chercheurs ont examiné les effets sur la phase et l'intensité de l'OAM transportant la lumière sur un lien réel dans un environnement urbain pour évaluer la viabilité de ces modes de transfert d'informations quantiques.

Leur lien espace libre, à Erlangen, Allemagne, était de 1,6 km de long et passait au-dessus des champs et des rues et à proximité des immeubles de grande hauteur pour simuler avec précision un environnement urbain et des turbulences atmosphériques pouvant perturber le transfert d'informations dans l'espace - une approche approfondie qui contribuera à faire avancer la recherche OAM.

Réaliser ces tests sur le terrain dans un environnement urbain réel, a révélé de nouveaux défis passionnants qui devront être surmontés avant que les systèmes puissent être commercialisés. Des études antérieures avaient indiqué le potentiel faisable des systèmes de communication OAM, mais n'avait pas complètement caractérisé les effets de l'air turbulent sur la phase de la lumière structurée se propageant sur des liens de cette longueur.

Dr Martin Lavery, chef du Groupe de recherche en photonique structurée à l'Université de Glasgow, est l'auteur principal du document de recherche de l'équipe. Le Dr Lavery a déclaré :« À une époque où notre consommation mondiale de données augmente à un rythme exponentiel, il y a une pression croissante pour découvrir de nouvelles méthodes de transmission d'informations qui peuvent suivre l'énorme absorption de données à travers le monde.

"Complet, un système de communication optique fonctionnant à moment angulaire capable de transmettre des données sans fil dans l'espace libre a le potentiel de transformer l'accès en ligne pour les pays en développement, les systèmes de défense et les villes du monde entier.

"L'optique en espace libre est une solution qui peut potentiellement nous donner la bande passante de la fibre, mais sans exigence de câblage physique.

"Cette étude franchit des étapes vitales dans le cheminement vers une optique en espace libre de grande dimension qui peut être moins chère, alternative plus accessible aux connexions en fibre optique enterrées."

L'atmosphère turbulente utilisée dans cette expérience a mis en évidence la fragilité des fronts de phase en forme, en particulier pour ceux qui feraient partie intégrante des transferts de données à large bande passante. Cette étude a indiqué les défis que les futurs systèmes optiques adaptatifs devront résoudre.

Le Dr Lavery a ajouté :« Avec ces nouveaux développements, nous sommes convaincus que nous pouvons désormais repenser nos approches de la modélisation des canaux et les exigences imposées aux systèmes d'optique adaptative. Nous nous rapprochons de plus en plus du développement de communications OAM pouvant être déployées dans un véritable environnement urbain.

"Nous voulons entamer une conversation sur les problèmes qui doivent être résolus et sur la manière dont nous allons avancer vers la résolution."

Le Dr Lavery a entrepris les travaux en partenariat avec des chercheurs de l'Institut Max Planck pour la science de la lumière et de l'Institut d'optique, et les universités d'Otago, Ottawa et Rochester.

Ces résultats permettent aux chercheurs de relever des défis - non observés auparavant - dans le développement d'une optique adaptative pour le transfert d'informations quantiques afin de se rapprocher d'une nouvelle ère d'optique en espace libre qui remplacera à terme la fibre optique en tant que mode de communication fonctionnel dans les environnements urbains et les systèmes de télédétection. .

Le papier, intitulé "Propagation en espace libre de champs optiques structurés de grande dimension en milieu urbain, " est publié dans Avancées scientifiques .