Специалисты из Института оптики атмосферы имени В.Е. Зуева Сибирского отделения РАН (Томск) разработали новый способ передачи данных по лазерному лучу. Технология позволяет не только передавать информацию на большие расстояния, но и надежно защищать ее от перехвата.

Источник изображения: ChatGPT

Сотрудники томского института во главе с Валерием Аксеновым получили патент на метод беспроводной оптической связи. В основе разработки лежит использование так называемых вихревых мод — особых состояний лазерного излучения, которые обладают орбитальным угловым моментом. Такие пучки имеют закрученный волновой фронт, что позволяет кодировать информацию в самой структуре лазерного луча.

Суть метода в следующем. Лазерный пучок разделяется на несколько каналов, каждый из которых модулируется по амплитуде и фазе. Затем каналы объединяются в единый мультиплексированный сигнал. На принимающей стороне специальный оптический элемент — сортировщик мод — разделяет пучок обратно на составляющие. Совокупность зарегистрированных мод в каждый момент времени соответствует двоичной последовательности, которая и есть передаваемое сообщение.

Источник изображения: ФИПС

Главное преимущество такой схемы — высокая скорость передачи данных, достигающая десятков гигагерц. Для сравнения: за один такт можно передать целый байт информации (8 бит), тогда как в существующих аналогах для этого требуется больше времени.

Инженер из России запатентовал пулю «Виток» для охоты на дроны

Пензенский инженер запатентовал поршень, который может облегчить двигатели дронов и гибридных авто

Кроме того, информация кодируется не традиционными способами (амплитуда, частота, фаза, поляризация), а распределением энергии по ортогональным вихревым модам. Это делает перехват сигнала крайне затруднительным. Даже если злоумышленник перехватит луч, без точного знания структуры мод и алгоритма преобразования Фурье он не сможет восстановить информацию.

В патенте описан вариант системы, в которой для синхронизации фаз каналов используется алгоритм стохастической оптимизации. Этот метод позволяет поддерживать синхронизацию в течение нескольких секунд, что достаточно для высокочастотной модуляции сигнала. Затем процедура синхронизации повторяется. Разработка может найти применение в системах передачи данных, лазерной технике, волоконной оптике и квантовых коммуникациях.