Focus: A Clear Signal from Polarize

Focus: A Clear Signal from Polarized Light

Published February 13, 2002 | Phys. Rev. Focus 9, 9 (2002) | DOI: 10.1103/PhysRevFocus.9.9
A new technique allows polarization of light to be used for encoding signals sent over fiberoptic lines.

Communication with Dynamically Fluctuating States of Light Polarization
Gregory D. VanWiggeren and Rajarshi Roy
Phys. Rev. Lett. 88, 097903 (2002)
Published February 13, 2002
Figure 1
© 2002 Photodisc, Inc.
Threads of light. Fiberoptics are unreliable for transmitting the polarization (electric field orientation) of light. A new technique uses a fluctuating laser to dramatically improve the chance that information encoded with polarization arrives intact.

While a wide range of data courses constantly through fiber optic cables across the US, the options for encoding it with light are narrow, in one sense: Telecommunications rarely exploit the characteristic of light called polarization. Transmissions based on polarization–the orientation of light’s electric field–easily become garbled, thanks to vibrations and stresses on the fiberoptic lines. In the 4 March print issue of PRL, two physicists demonstrate a new way of encoding a message with polarization, using a so-called fiber ring laser, which twirls its light in an erratic but predictable way. With their technique, researchers could tap out tough-to-decipher messages without worrying that the signal will unravel en route.

Engineers can use schemes for encoding messages in the amplitude or wavelength of light, but a less distortion-prone way to use polarization would widen their options (and might let them send data faster). The problem is that compressed or bent fiberoptic lines change the polarization of a light signal as it travels to its recipient. And the amount of change can vary in time: Whenever snow falls in Nebraska or trucks cross a New York street, buried optical fibers alter subtly.

Greg VanWiggeren, now of Agilant Labs in Palo Alto, CA, and Rajarshi Roy, now of the University of Maryland in College Park, have developed a system to send polarization signals using an erbium-doped fiber ring laser. Such lasers tease light from erbium ions that have been mixed into ordinary glass bent into a ring, and they circulate light to amplify it, instead of bouncing it between mirrors as traditional lasers do. The laser sends a stream of constantly fluctuating light down a fiber that branches from the ring.

Although the polarization erratically fluctuates, it evolves predictably–in a way that reflects how the fiber ring twists the light inside it with each lap. The researchers could choose a set of filters that will exactly mimic the effect of an extra lap: Send in light of one polarization and the filters rotate it to the polarization that would emerge from the laser one cycle later.

These filters are an essential part of the team’s scheme for encoding polarization information in a new way, resistant to garbling and eavesdropping alike. To decipher the signal from any given laser would require a particular set of filters. By sending the arriving light stream down two paths of different lengths, and by putting filters at the end of the longer one, a person can constantly monitor whether the filters correctly predict the future output of the fluctuating laser. VanWiggeren and Roy showed that the sender can create a “1” by temporarily disturbing the laser in some way that changes its polarization, which causes the filters to fail at predicting the future. When the disturbance ceases, the filters succeed again, which the receiver interprets as a “0.” Polarization changes caused by imperfections in the line have no affect on the comparison made by the receiver, so they can’t thwart the transmission.

“I think it’s very clever,” says Matt Kennel of the University of California at San Diego. While reading the message does demand special knowledge (how to arrange the filters, for example), the communications probably aren’t secure in a mathematical sense, he says. Dan Gauthier of Duke University in Durham, NC, notes the technique’s potential for speed, which partly depends on how fast the laser fluctuates. So far that’s faster than is easily measured, Roy says, but theoretically the rate should be in the range of petahertz (1015 per second).

–Oliver Baker

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

โฟกัส: ชัดเจนสัญญาณจากแสงโพลาไรซ์

ประกาศ 13 กุมภาพันธ์ 2545 | นับย้อนหลังโฟกัส 9, 9 (2002) | ดอย: เทคนิคใหม่ 10.1103/PhysRevFocus.9.9
A ช่วยให้โพลาไรซ์ของแสงที่จะใช้สำหรับการเข้ารหัสสัญญาณที่ส่งผ่านบรรทัด fiberoptic

สื่อสาร ด้วยแสงโพลาไรซ์แบบไดนามิกความอเมริกา
VanWiggeren D. เกรกอรีและรอย Rajarshi
Lett นับย้อนหลัง 88, 097903 (2002)
ตีพิมพ์เมื่อ 13 กุมภาพันธ์ 2002
1 รูป
© 2002 Photodisc, Inc.
กระทู้ของแสง Fiberoptics ไม่ส่งโพลาไรซ์ (วางแนวสนามไฟฟ้า) ของแสงได้ เทคนิคใหม่ใช้เลเซอร์ความเพื่อเพิ่มโอกาสที่ข้อมูลที่เข้ารหัส ด้วยโพลาไรซ์มาเหมือนเดิม

ในขณะที่ช่วงกว้างของข้อมูลหลักสูตรอย่างต่อเนื่องผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสงไฟเบอร์ทั่วสหรัฐอเมริกา ตัวเลือกสำหรับการเข้ารหัสด้วยแสงจะแคบ ในหนึ่ง: โทรคมนาคมใช้ประโยชน์ลักษณะของแสงโพลาไรซ์เรียกไม่ค่อย ตามแนวของแสงโพลาไรซ์ – ที่สนามไฟฟ้า – ง่าย ๆ ส่งเป็นฉบับ สั่นสะเทือนและเครียด fiberoptic บรรทัด ในเดือน 4 มีนาคมพิมพ์ออก PRL, physicists สองสาธิตวิธีใหม่ของการเข้ารหัสข้อความที่ มีโพลาไรซ์ ใช้เส้นใยที่เรียกว่าแหวนเลเซอร์ ที่ twirls ของแสงในทางคาดเดาได้ แต่ความ ด้วยเทคนิคของพวกเขา นักวิจัยสามารถเคาะออกทนกับถอดรหัสข้อความโดยไม่ต้องกังวลที่สัญญาณจะคลี่คลายเส้นได้

วิศวกรสามารถใช้โครงร่างสำหรับข้อความที่เข้ารหัสในคลื่นหรือความยาวคลื่นของแสง แต่แบบน้อยเพี้ยนมักใช้โพลาไรซ์จะขยายตัว (และอาจขอให้ส่งข้อมูลได้เร็วขึ้น) ปัญหาคือ ว่า fiberoptic โค้ง หรือบีบอัดบรรทัดการโพลาไรซ์ของสัญญาณแสงส่งให้ผู้รับ และจำนวนการเปลี่ยนแปลงแตกต่างกันในเวลา: เมื่อใดก็ตามการที่หิมะตกในรัฐเนแบรสกา หรือรถบรรทุกข้ามเป็นสตรีทนิวยอร์ก เส้นใยแสงฝังปรับเปลี่ยนรายละเอียด

กา VanWiggeren ตอนของ Agilant Labs ในดัลลัส CA และ รอย Rajarshi ตอนนี้ของมหาวิทยาลัยแมริแลนด์ในวิทยาลัย ได้พัฒนาระบบการส่งสัญญาณโพลาไรซ์ใช้เป็นไฟเบอร์ doped เออร์เบียมแหวนเลเซอร์ แสงเลเซอร์เช่นหยอกไฟจากประจุเออร์เบียมที่มีการผสมลงในแก้วธรรมดาเงี้ยวเป็นแหวน และจะไหลเวียนแสงขยาย แทนแสงระหว่างกระจกกับแสงเลเซอร์แบบดั้งเดิม เลเซอร์ส่งกระแสไฟตลอดเวลาความลงไฟเบอร์ที่สาขาจากแหวน

ถึงแม้ว่าโพลาไรซ์ที่ผิดแกว่งไปมา มันวิวัฒนาการฉาย – ในสะท้อนว่า แหวนไฟเบอร์บิดไฟไว้ภายใน ด้วยตักแต่ละ นักวิจัยสามารถเลือกชุดของตัวกรองที่จะว่าเลียนแบบผลของการตักเสริม: ส่งเมื่อโพลาไรซ์ที่หนึ่ง และตัวกรองหมุนการโพลาไรซ์ที่จะเกิดจากเลเซอร์รอบหนึ่งในภายหลังได้

ตัวกรองเหล่านี้จะเป็นส่วนสำคัญของโครงร่างของทีมสำหรับเข้ารหัสข้อมูลโพลาไรซ์วิธีใหม่ ทนต่อ garbling และแอบเหมือน การถอดรหัสสัญญาณจากเลเซอร์ใด ๆ กำหนดจะต้องมีชุดเฉพาะของตัวกรอง โดยการส่งกระแสไฟเดินทางเข้ามาลงเส้นทางที่สองของความยาวแตกต่างกัน และใส่กรองในตอนท้ายของหนึ่งอีกต่อไป บุคคลสามารถตรวจสอบตลอดเวลาว่าตัวกรองที่ถูกทำนายผลในอนาคตของเลเซอร์ความ VanWiggeren และรอยแสดงให้เห็นว่า ผู้ส่งสามารถสร้างเป็น "1" โดยใช้ชั่วคราวรบกวนเลเซอร์บางวิธีที่เปลี่ยนโพลาไรซ์ของ ซึ่งทำให้กรองล้มเหลวที่คาดการณ์ในอนาคต เมื่อความยินดียุติ ตัวกรองที่ประสบความสำเร็จอีกครั้ง ซึ่งผู้รับแปลเป็นเป็น "0" เปลี่ยนแปลงการโพลาไรซ์ที่เกิดจากความไม่สมบูรณ์ในบรรทัดมีไม่มีผลต่อการเปรียบเทียบการรับสัญญาณ ดังนั้นพวกเขาไม่สามารถป้องกันการส่งผ่าน

"ฉันคิดว่า มันฉลาดมาก กล่าวว่า Matt Kennel ของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่ San Diego ขณะอ่าน ข้อความความรู้พิเศษ (วิธีการจัดเรียงกรอง ตัวอย่าง), การสื่อสารอาจไม่ปลอดภัยในแง่คณิตศาสตร์ เขากล่าวว่า เอมม่า Dan ของมหาวิทยาลัยดุ๊กในเดอแรม NC หมายเหตุศักยภาพของเทคนิคความเร็ว ซึ่งบางส่วนขึ้นอยู่กับความเร็วเลเซอร์แกว่งไปมา จนเป็นเร็วกว่าได้วัด รอยกล่าวว่า แต่ครั้งแรกราคาอัตราควรอยู่ในช่วง petahertz (1015 ต่อวินาที)

-Oliver เบเกอร์

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

โฟกัส : สัญญาณชัดเจนจากขั้วไฟ

ที่ 13 กุมภาพันธ์ 2545 | ว. . บาทหลวง โฟกัส 9 , 9 ( 2002 ) | ดอย : 10.1103 / physrevfocus . 9.9
เทคนิคใหม่ช่วยให้โพลาไรเซชันของแสงที่จะใช้สำหรับการเข้ารหัสสัญญาณที่ส่งผ่านสายนำแสง

การสื่อสารกับสภาพแสงโพลาไรเซชันแบบไดนามิกที่มีความผันผวนและเกรกอรี D .
vanwiggeren rajarshi รอย
ว. . บาทหลวง หนังสือ ( 2002 )
097903 88เผยแพร่ 13 กุมภาพันธ์ 2545
รูปที่ 1

กระทู้ photodisc © 2545 ) ของแสง นำแสงจะไม่น่าเชื่อถือสำหรับการส่งโพลาไรเซชัน ( สาขาการไฟฟ้า ) ของแสง เทคนิคใหม่ใช้ระบบเลเซอร์เพื่อเพิ่มโอกาสที่ข้อมูลที่เข้ารหัสด้วยโพลาไรเซชันมาถึงเหมือนเดิม

ในขณะที่หลากหลายของข้อมูลหลักสูตรอย่างต่อเนื่องผ่านสายเคเบิลใยแก้วนําแสงทั่วสหรัฐ ตัวเลือกสำหรับการเข้ารหัสด้วยแสงแคบ ในอีกแง่หนึ่ง โทรคมนาคมไม่ค่อยเอาเปรียบลักษณะของแสงเรียกว่า โพลาไรเซชัน . ส่งตามทิศทางของแสงโพลาไรซ์ และสนามไฟฟ้า–ได้อย่างง่ายดายกลายเป็นอ่านไม่ออกขอบคุณการสั่นสะเทือนและความเครียดบนเส้นนำแสง .ใน 4 พิมพ์มีนาคมปัญหาฮอร์โมน สองนักฟิสิกส์แสดงวิธีการใหม่ของการเข้ารหัสข้อความที่มีโพลาไรเซชัน โดยใช้เส้นใยที่เรียกว่าแหวนเลเซอร์ที่หมุน แสงของมันในวิธีรื่น แต่คาดเดาได้ กับเทคนิคของพวกเขา นักวิจัยสามารถเคาะออกยากที่จะถอดรหัสข้อความ โดยไม่กังวลว่าสัญญาณจะคลี่คลาย

ระหว่างทางวิศวกรโครงการสามารถใช้สำหรับการเข้ารหัสข้อความในความถี่หรือความยาวคลื่นของแสง แต่เสี่ยงน้อยกว่าการไปใช้โพลาไรซ์จะขยายตัวของพวกเขา ( และอาจจะให้มันส่งข้อมูลเร็วกว่า ) ปัญหาอยู่ที่การบีบอัดหรืองอสายนำแสงเปลี่ยนโพลาไรเซชันของสัญญาณแสงที่เดินทางไปยังผู้รับ . และปริมาณของการเปลี่ยนแปลงที่อาจแตกต่างกันในเวลา :เมื่อหิมะตกในเนบราสก้าหรือรถบรรทุกข้ามถนนในนิวยอร์ก ฝังเส้นใยแสงเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย

vanwiggeren เกร็กขณะนี้ agilant Labs ในพาโลอัลโต , แคลิฟอร์เนีย และ rajarshi รอย ตอนนี้ของมหาวิทยาลัยแมรี่แลนด์ใน คอลเลจพาร์ค ได้พัฒนาระบบส่งสัญญาณโพลาไรเซชันโดยใช้ erbium-doped ไฟเบอร์แหวนเลเซอร์เช่นล้อแสงจากเลเซอร์เออร์เบียมไอออนที่ถูกผสมเข้าไปในโค้งกระจกธรรมดาลงในแหวน เขาหมุนเวียนแสงเพื่อขยายมันแทนของแสงระหว่างกระจกเป็นเลเซอร์แบบดั้งเดิมทำ เลเซอร์ส่งกระแสอย่างต่อเนื่องของระบบแสงลง เส้นใยกิ่งก้านจากแหวน

แม้ว่าความผันผวน erratically โพลาไรเซชัน ,มันค่อย ๆ เปลี่ยนที่คาดการณ์ ( ในทางที่สะท้อนให้เห็นว่า แหวนไฟเบอร์บิดแสงข้างในแต่ละรอบ นักวิจัยสามารถเลือกชุดของตัวกรองที่ถูกต้องเลียนแบบผลของรอบพิเศษ : ส่งแสงโพลาไรเซชันของหนึ่งและตัวกรองโพลาไรซ์หมุนเพื่อที่จะออกมาจากเลเซอร์หนึ่งรอบนะ

ตัวกรองเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการของทีมเพื่อเข้ารหัสข้อมูลโพลาไรเซชันในแบบใหม่ ป้องกัน garbling แอบฟังเหมือนกัน ถอดรหัสสัญญาณจากใด ๆ ให้ เลเซอร์จะต้องมีชุดเฉพาะของตัวกรอง โดยส่งมาถึงกระแสเบาลงได้สองเส้นทางของความยาวที่แตกต่างกันและโดยการใส่ตัวกรองที่ปลายยาว หนึ่งคนอย่างต่อเนื่องสามารถตรวจสอบว่าตัวกรองได้อย่างถูกต้องทำนายผลผลิตของระบบเลเซอร์ในอนาคต vanwiggeren รอยพบว่า ผู้ส่งสามารถสร้าง " 1 " โดยรบกวนชั่วคราว เลเซอร์ ในบางวิธีที่การเปลี่ยนแปลงของโพลาไรเซชัน ซึ่งทำให้ตัวกรองที่จะล้มเหลวในการทำนายอนาคต เมื่อความวุ่นวายยุติ , กรองประสบความสำเร็จอีกครั้งซึ่งรับแปลเป็น " 0 " เกิดการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากความไม่สมบูรณ์ในบรรทัดจะไม่มีผลต่อการเปรียบเทียบทำโดยผู้รับ ดังนั้นพวกเขาจะไม่ขัดขวางการส่ง

" ฉันคิดว่ามันฉลาดมาก , กล่าวว่า " คอกแมทของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่ซานดิเอโก้ ในขณะที่อ่านข้อความความต้องการความรู้พิเศษ ( วิธีการจัดกรอง , ตัวอย่างเช่น )การสื่อสารอาจจะไม่มั่นคงในความรู้สึก ทางคณิตศาสตร์ เขากล่าว แดน ตัวแทนของมหาวิทยาลัยดุ๊กใน Durham , NC , ศักยภาพของเทคนิคบันทึกความเร็ว ซึ่งส่วนหนึ่งขึ้นอยู่กับวิธีการที่รวดเร็วเลเซอร์ผันผวน . ดังนั้นไกลที่เร็วกว่าเป็นวัดที่ง่าย รอย กล่าวว่า แต่ในทางทฤษฎี ซึ่งควรอยู่ในช่วง petahertz ( ลองต่อวินาที )

( โอลิเวอร์ เบเกอร์