1. Новости
  2. Результаты реализации 1 этапа НИР в рамках международного научно-образовательного сотрудничества по программе "Михаил Ломоносов"

Результаты реализации 1 этапа НИР в рамках международного научно-образовательного сотрудничества по программе "Михаил Ломоносов"

Проект №3712 в рамках международного научно-образовательного сотрудничества по программе "Михаил Ломоносов":

Разработка и оптимизация плазмонных наноструктур для передачи данных на основе переноса оптического углового момента

Этап 1 (2015 год) «Разработка и изготовление опытных образцов» 

Исполнитель проекта: к.т.н. Любопытов В.С.

Краткая характеристика проекта:

Цель работы: разработка научно-технологического задела в области построения микро- и наноструктурированных компонентов для создания оптических интегральных схем, предназначенных для генерации, передачи и оптической обработки когерентных сигналов, заданных распределением углового момента оптического излучения.

Объект исследования: процессы генерирования, распространения и преобразования сигналов, заданных орбитальным угловым моментом оптического излучения, а также технологии и методы их практической реализации.

Предмет исследования: компоненты оптических интегральных схем, предназначенные для формирования и передачи различных состояний орбитального углового момента оптического излучения ближнего инфракрасного диапазона с возможностью перестройки по длине волны.

Данная работа направлена на разработку компонентов оптических интегральных схем, предназначенных для генерации и передачи оптических вихрей, а также для оптической обработки сигнала, в когерентных системах передачи на основе одновременного мультиплексирования по OAM и длине волны излучения. В рамках НИР предусматривается численное и экспериментальное исследование характеристик разрабатываемых компонентов. Работа проводится в рамках следующих основных направлений:

 

  • Исследование возможности прямой генерации оптических вихрей с перестройкой по длине волны в широком диапазоне (порядка 50 нм), на основе лазера типа VCSEL, где на верхнем управляемом MEMS-зеркале резонатора нанесена соответствующая фазовая маска, а также разработка соответствующих технических решений для практической реализации данного подхода к генерации оптических вихрей;
  • Исследование процесса распространения оптических вихрей в планарных диэлектрических и плазмонных волноводах и разработка волноводных компонентов, оптимизированных для передачи информации посредством переноса OAM.
  • Экспериментальная проверка возможности применения полупроводниковых лазеров, совместимых с технологиями производства интегральных оптических схем, для оптической обработки сигнала с целью выделения фазовой модуляции в когерентных системах передачи.

 

Научно-исследовательская работа выполняется в т.ч. в германском научном центре Институт Микроволновой Техники и Фотоники, Дармштадтский Технический Университет (Institut für Mikrowellentechnik und Photonik, Technisсhe Universität Darmstadt).

Основные новые научные результаты, полученные в рамках отчетного этапа НИР:

  1. Предложен принцип прямой генерации оптических вихрей на основе лазера типа VCSEL с возможностью широкой перестройки по длине волны в диапазоне 1550 нм, а также разработана конструкция перестраиваемого резонатора на основе MEMS-DBR-зеркала, на поверхность которого нанесена спиральная фазовая маска. Разработана схема экспериментальной установки и методика эксперимента для проверки возможности и эффективности прямой генерации оптических вихрей с перестройкой по длине волны в широких пределах (порядка 100 нм).
  2. Проведено численное моделирование распространения оптических вихрей в планарных оптических волноводах симметричного (PMMA-BCB-PMMA) и несимметричного типа (SiO2-PMMA-воздух). В результате продемонстрирована возможность переноса орбитального углового момента (OAM) суперпозициями собственных квази-TE и квази-TM мод планарных оптических волноводов. Рассчитаны дисперсионные параметры распространения вихревых мод в планарных волноводах. Рассчитаны OAM-спектры переносимых состояний электромагнитного излучения, доказывающие возможность передачи в планарных волноводах сигналов, мультиплексированных по OAM. 
  3. Разработан и экспериментально апробирован новый подход к выделению фазовой информации из сигнала, одновременно модулированного по амплитуде и фазе, с помощью оптической обработки сигнала на основе полупроводникового лазера. Проведенные эксперименты демонстрируют возможность получения выигрыша более 8 порядков по частоте битовых ошибок (BER) при фиксированном коэффициенте экстинкции амплитудной модуляции и около 4,6 дБ по коэффициенту экстинкции при фиксированном значении BER. Предложена схема организации когерентной передачи в волоконно-оптических линиях связи, позволяющая получить эффективность использования спектра не менее 4 бит/с/Гц без использования гомодинного приема с локальным осциллятором на приемной стороне.

Потенциальные приложения результатов НИР включают:

  1. Классические оптические коммуникации (интерконнекты между интегральными оптическими схемами, оптические интерконнекты для центров обработки данных (ЦОД), ВОСП уровня MAN), где использование мультиплексирования по OAM и совместно с когерентной передачей позволяет обеспечить повышение пропускной способности оптических каналов (более 10 Тбит/с в одном оптическом волноводе).
  2. Квантовые информационные системы, в которых использование OAM, переносимого отдельными фотонами, позволяет повысить защищенность передачи информации.

Создание интегральных оптических схем для генерации и обработки оптических вихрей, а также использование лазеров типа VCSEL в качестве источника излучения и устройства оптической обработки сигнала, позволят повысить экономическую и энергетическую эффективность систем передачи на основе переноса OAM, а также обеспечат воспроизводимость при массовом производстве и высокую степень интеграции.

В течение 2015 года по теме НИР исполнитель принял учатие в Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» ПТиТТ-2015, 16-18 ноября 2015 г., Уфа. После завершения проекта в 2016 году планируется участие в ряде международных конференций, проводимых в России и за рубежом.

Финансирование проекта осуществляется совместно Министерством образования и науки Российской Федерации и Германской службой академических обменов (DAAD).