ST-Comb: оптический носитель кодирует 154 бита в волновом пакете, 100% распознавания в прототипе

Группа под руководством Гуанъюй Фаня (Шанхайский университет науки и технологий) и Цивэня Чжаня (университет Westlake) описала в eLight пространственно-временную топологическую гребёнку (ST-Comb) — способ кодировать цифровые данные в сверхбыстрых оптических волновых пакетах. В демонстрации принципа один волновой пакет нёс 154 отображённых цифровых бита. По данным авторов, они были восстановлены со 100% точностью распознавания в лаборатории, при эквивалентной фазовыми экранами турбулентности и на уличной трассе 100 м. doi.orgeLightdoi.orgОткрыть источник ↗

Как ST-Comb кодирует данные

Волновой пакет делится на несколько независимо адресуемых временных субимпульсов, и каждому назначается программируемое пространственно-временное топологическое состояние. Модулятор задаёт амплитуду, задержку, пространственно-временной топологический заряд, радиальную моду и ST-CEP каждого субимпульса. doi.orgeLightdoi.orgОткрыть источник ↗

Интервал между субимпульсами составляет от около 100 фемтосекунд до 10 пикосекунд, что соответствует основному спектральному шагу от субтерагерцового до терагерцового. Вся последовательность длится около 5–50 пикосекунд и даёт более тонкие спектральные особенности в диапазоне 20–200 гигагерц. Настройка ST-CEP меняет спектральный «отпечаток», в основном сохраняя структуру временных слотов. doi.orgeLightdoi.orgОткрыть источник ↗

По идее, взятой из синхронного детектирования, полезная информация переносится в терагерцовую пространственно-временную спектральную область, удалённую от доминирующего низкочастотного технического шума. doi.orgeLightdoi.orgОткрыть источник ↗

В демонстрации использовано 11 информационных временных слотов. Каждый слот выбирает одну из 14 заранее заданных топологических мод через бинарную маску, что даёт 14 бит на слот и 154 бита на волновой пакет. Первый гауссов субимпульс служит сопутствующим опорным импульсом (Guide-Star) и в полезную нагрузку не входит. doi.orgeLightdoi.orgОткрыть источник ↗

На приёмнике после когерентной реконструкции по Guide-Star выполняется разбиение по времени. Затем алгоритм распознавания определяет в каждом слоте топологическую суперпозицию или спектральный отпечаток и переводит её обратно в биты. На тестовой выборке из 1000 случайно сгенерированных образцов ST-Comb точность классификации составила 100%. doi.orgeLightdoi.orgОткрыть источник ↗

Турбулентность и уличные испытания

Эксперименты показали, что точность локального поля падает с ростом эквивалентной фазовыми экранами турбулентности. Метрика глобального пространственно-временного спектрального отпечатка в проверенном диапазоне оставалась сравнительно стабильной. doi.orgeLightdoi.orgОткрыть источник ↗

Команда также провела передачу в свободном пространстве на 100 м на станции Sheshan Шанхайской астрономической обсерватории. Управляемые фазовые экраны дополнительно имитировали накопленную турбулентность для 100 м, 1 км и 10 км распространения. На всех оценённых наборах данных, уличных и эквивалентных экранам, закодированные состояния распознаны на 100%. Случаи 1 км и 10 км — эквивалентные испытания турбулентности, а не реальные уличные линии. doi.orgeLightdoi.orgОткрыть источник ↗