Команда описала новую технологию, которая может проложить путь к быстрым оптическим беспроводным сетям, способным доставлять интернет-услуги в отдаленные места, в Optica, журнале оптического общества для высокоэффективных исследований.Преодоление цифрового разрываЛаборатория подключений Facebook разрабатывает технологии, направленные на предоставление доступных интернет-услуг примерно 4 миллиардам человек в мире, которые в настоящее время не могут получить к ним доступ. «Большая часть людей не подключаются к Интернету, потому что инфраструктура беспроводной связи недоступна, если они живут, в основном в очень сельских районах мира», — сказал Тобиас Тике, возглавляющий исследовательскую группу. «Мы разрабатываем коммуникационные технологии, оптимизированные для районов, где люди живут далеко друг от друга».
Беспроводная связь на основе света, также называемая оптической связью в свободном пространстве, предлагает многообещающий способ перенести Интернет в районы, где может быть сложно развернуть оптические волокна и вышки сотовой связи с минимальными затратами. Использование лазерного света для переноса информации через атмосферу может потенциально обеспечить очень широкую полосу пропускания и емкость данных, но одна из основных проблем заключалась в том, как точно направить очень маленький лазерный луч, несущий данные, на крошечный детектор света, который находится на некотором расстоянии.В новом исследовании исследователи Facebook демонстрируют метод использования флуоресцентных материалов вместо традиционной оптики для сбора света и концентрации его на небольшом фотоприемнике. Они объединили этот светоприемник с поверхностью 126 квадратных сантиметров, которая может собирать свет с любого направления, с существующей телекоммуникационной технологией, чтобы обеспечить скорость передачи данных более 2 гигабит в секунду (Гбит / с).
«Мы продемонстрировали использование флуоресцентных оптических волокон, которые поглощают один цвет света и излучают другой цвет», — сказал Тике. «Оптические волокна поглощают свет, исходящий из любого направления на большой площади, а излучаемый свет проходит внутри оптического волокна, которое направляет свет к небольшому, очень быстрому фотоприемнику».Для быстрой связи нужны быстрые детекторыВысокоскоростная оптическая сеть в свободном пространстве требует очень быстрых детекторов для приема информации, несущей лазерный свет.
Но скорость должна быть сбалансирована с размером; Хотя более крупные детекторы позволяют легче поразить цель лучом лазерного света, который движется по воздуху, увеличение размера детектора замедляет его.Комбинация оптики и механических систем может использоваться для отслеживания положения детектора и наведения его на лазер, но эти подходы добавляют немало сложности.
В новом светоприемнике используются пластиковые оптические волокна, содержащие молекулы органических красителей, которые поглощают синий свет и излучают зеленый свет. Эта установка заменяет классическую оптику и платформу движения, обычно требующуюся для направления света в зону сбора.«Тот факт, что эти флуоресцентные оптические волокна излучают другой цвет, чем они поглощают, позволяет увеличить яркость света, попадающего в систему», — сказал Тике. «Этот подход использовался в люминесцентных концентраторах для сбора солнечного света, где скорость преобразования цвета не имеет значения.
Мы показали, что ту же концепцию можно использовать для связи, чтобы обойти проблемы наведения и отслеживания при достижении очень высоких скоростей».Высокая скорость возможна, потому что между поглощением синего света и излучением зеленого света проходит менее 2 наносекунд. Кроме того, благодаря использованию метода модуляции сигнала, называемого мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов, или OFDM, исследователи передавали более 2 Гбит / с, несмотря на полосу пропускания системы в 100 МГц. OFDM — это метод кодирования цифровых данных, позволяющий передавать сразу несколько потоков данных.
Хотя он обычно используется для проводной и беспроводной связи, он обычно не используется с лазерной связью.«Мы достигли таких высоких скоростей передачи данных, используя коммерчески доступные материалы, которые не предназначены для приложений связи», — сказал Тике. «Мы хотим заинтересовать другие группы в разработке материалов, специально предназначенных для коммуникационных приложений».Если бы были разработаны материалы, работающие в инфракрасной части спектра, которые были бы невидимы для людей и были бы даже быстрее, чем система синего / зеленого света, новый подход теоретически мог бы обеспечить скорость передачи оптических данных в свободном пространстве более 10 Гбит / с. — сказал Тике.
Свет со всех сторонВ статье Optica исследователи демонстрируют коллектор света в форме лампочки, сделанный из пучка флуоресцентных оптических волокон. Хотя возможны многие формы, форма лампочки обеспечивает очень большую полосу пропускания и всенаправленную чувствительность, что означает, что она будет работать с мобильными устройствами, которые перемещаются относительно передатчика.
Исследователи также продемонстрировали, что эта геометрия может собирать свет с площади размером до 126 квадратных сантиметров, что делает ее менее чувствительной к выравниванию.«Наш детектор потребляет такое же количество энергии и получает такой же коммуникационный сигнал независимо от юстировки», — сказал Тике.
Помимо работы с партнерами над разработкой новых материалов, исследовательская группа также планирует вывести эту технологию из лаборатории, разработав прототип, который можно было бы протестировать в реальных условиях. «Мы исследуем возможность коммерческого продукта», — сказал Тике. «Это очень новая система, и есть много возможностей для дальнейшего развития».