作者:本·保罗，南加州大学
研究人员的突破可能有助于迎来下一代光通信
信用:克里斯金 韩和莱娅
乔治和阿玛尔
科米和小猪小姐
戈麦斯和莫蒂西亚
历史上最伟大的夫妇依靠交流使他们如此强大，他们的力量是不可否认的
但这不仅适用于人(或布偶)，对激光也是如此
根据南加州大学维特比工程学院最近发表在《自然光子学》上的新研究，将两个激光器作为一种光学“it耦合”结合在一起，有望使无线通信比以往任何时候都更快、更安全
但是首先，一点背景
大多数基于激光的通信——比如通常用于高速互联网的光纤——都是以激光束的形式通过电缆传输的
光通信速度非常快，但受限于它必须通过物理电缆传输的事实
将激光的高容量能力应用到无束缚和流动的应用中——例如飞机、无人机、潜艇和卫星——确实令人兴奋，并有可能改变游戏规则
南加州大学维特比研究人员通过关注一种叫做自由空间光通信(FSOC)的东西，让我们离这一壮举更近了一步
这是一个不小的壮举，也是研究人员已经努力了一段时间的挑战
一个主要的障碍是所谓的“大气湍流”
" 当一束携带信息的激光光束穿过空气时，它会经历自然湍流，就像飞机一样
周围大气中的风和温度变化导致光束变得不太稳定
我们无法控制这种湍流，这是阻碍FSOC在类似于无线电和光纤系统的性能上取得进步的原因
让我们在大多数无线通信中只能使用较慢的旧无线电波
“虽然FSOC已经存在了一段时间，但从受到大气湍流影响的光束中有效地恢复信息一直是一个根本性的挑战，”第一作者、博士张润洲说
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南加州大学维特比光学通信实验室谢明电气和计算机工程系的学生
研究人员通过发送第二束激光束(称为“引导”光束)与第一束激光束一起传播来作为合作伙伴，从而在解决这个问题上取得了进展
作为一对夫妇旅行，两个光束被发送通过相同的空气，经历相同的湍流，并有相同的失真
如果只发送了一个波束，接收器必须计算出该波束沿途经历的所有失真，然后才能解码数据
这严重限制了系统的性能
但是，当引导光束沿着原始光束传播时，失真会自动消除
就像克米特和小猪小姐二重唱“彩虹连接”一样，光束中的信息到达目的地时清晰、清晰且易于理解
从工程的角度来看，这一成就不是一个小壮举
该论文的团队负责人、南加州大学电气和计算机工程维特比教授艾伦·威尔纳(Alan Willner)说:“无线电波是我们目前对大多数无线通信的最佳选择，但无线电波的问题在于，它的数据速率比光通信慢得多，安全性也低得多。”
“通过我们的新方法，我们离缓解高容量光链路中的湍流又近了一步
" 也许最令人印象深刻的是，研究人员没有用新的设备或材料解决这个问题
他们只是简单地看了看物理学，然后改变了他们的观点
“我们使用了一种被称为光电探测器的著名设备的底层物理原理，这种设备通常用于检测光的强度，我们意识到它可以以一种新的方式用于解决激光通信系统的湍流问题，”张说
这样想:当克米特和小猪小姐唱他们的歌时，他们的声音在空气中以类似的方式扭曲
有道理；它们彼此紧挨着站着，它们的声音在同一空气中传播
这个光电探测器的作用是将柯密特声音的失真转化为小猪小姐声音的失真
现在，当它们混合在一起时，两个声音中的失真会自动消除，我们可以清晰清晰地听到这首歌
有了这个新实现的物理应用，团队计划继续探索如何使性能更好
威尔纳说:“我们希望有一天我们的方法能够实现更高性能和安全的无线链路。”
这种链接可以用于从高分辨率成像到高性能计算的任何东西
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