新型光螺旋式光传输式路径 提高信息传输速率十倍

一种新的基于光学的通信工具可以像涡流一样以快速的循环运动来传输数据。

近日发表在《科学》杂志上的一项研究中所描述的这项光学进展，可能成为下一代计算机的核心组成部分，用于处理人类社会对信息共享的日益增长的需求。

它也可能会消除人们对摩尔定律失效的担心——摩尔定律认为研究人员会找到新的方法来持续地使计算机变得更小、更快、更便宜。

“为了使用更少的能源来传输更多的数据，我们需要重新考虑这些机器的内部机理，”Liang Feng博士说，他是布法罗大学工程与应用科学学院电气工程系的助理教授。

　　涡旋激光束的近距离图像

该文章的另一位共同作者是布法罗大学的电气工程教授Natalia M． Litchinitser博士。

另外的作者还有：布法罗大学博士生Pei Miao和Zhifeng Zhang；布法罗大学电气工程助理研究员Jingbo Sun博士；布法罗大学博士后研究员Wiktor Walasik博士；以及布法罗大学毕业，目前在意大利米兰理工大学教授Stefano Longhi博士。

几十年来，研究人员一直能够把比以前更多的元件集成到硅基计算机芯片上。他们的成功解释了为什么今天的智能手机拥有比20世纪80年代世界上最强大的计算机更高的计算能力，而那些那时候的超级计算机的造价换算成今天的货币的话会达到数百万美元之巨，而其尺寸与大文件柜差不多。

但研究人员正面临着一个瓶颈，即现有技术已经不能满足社会对数据的需求。虽然各方的预测有所不同，但许多人认为这很可能会在未来五年内发生。

研究人员正以多种方式解决这一问题，包括利用光来传输信息的光通信技术。光通信的例子很广泛，从古老的灯塔到现代用来看电视和上网浏览的光纤光缆。

激光器是当今光通信系统的核心部件。研究人员已经以各种方式来操纵激光，最常见的方式是将不同的信号汇集进一条线路中，以携带更多的信息。但是这些技术——特别是波分复用和时分复用——也已经达到了它们的极限。

布法罗大学领导的这个研究团队使用了另一种被称为轨道角动量的光操纵技术来推动激光技术的进步，该技术将激光放置在一个中心有涡流的螺旋图案中。

通常这样的激光器对于应用在目前的电脑上来说还是太大了，但是布法罗大学领导的这个团队成功地将涡旋激光器缩小到了与计算机芯片相比拟的程度。由于激光束沿着一个螺旋图案传播，信息被编码成不同的涡旋曲线，因此它能比直线传播的传统激光器多携带十倍的信息量。

涡旋激光器只是所需的许多组件之一，要制造更强大的计算机和数据中心，最终还需要先进的发射机和接收机等才能继续。

这项研究得到了美国陆军研究办公室，美国能源部和国家科学基金会的资助。