TAMPERE / PARIS / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Forscher der Tampere Universität in Finnland und des Kastler-Brossel-Labors in Frankreich haben eine bahnbrechende Entdeckung im Bereich der Photonik gemacht. Durch die Anwendung der Selbstabbildung von Licht in zylindrischen Systemen eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Kontrolle der Lichtstruktur, was weitreichende Auswirkungen auf die optische Kommunikation haben könnte.
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Die Selbstabbildung von Licht, ein Phänomen, das seit fast zwei Jahrhunderten bekannt ist, hat durch die jüngsten Forschungen von Wissenschaftlern der Tampere Universität und des Kastler-Brossel-Labors eine neue Dimension erreicht. Diese Forscher haben gezeigt, wie dieses Phänomen in zylindrischen Systemen angewendet werden kann, um die Struktur des Lichts mit bisher unerreichter Präzision zu steuern. Diese Entdeckung könnte die optische Kommunikation revolutionieren, indem sie eine verlustfreie und störungsfreie Übertragung ermöglicht.
Im Jahr 1836 führte Henry F. Talbot ein Experiment durch, bei dem er Lichtmuster beobachtete, die sich nach einer gewissen Ausbreitung ohne den Einsatz von Linsen oder optischen Abbildungssystemen von selbst wiederholten. Dieses Phänomen, bekannt als Talbot-Effekt, wurde nun in zylindrischen Systemen eingehend untersucht. Die Forscher der Experimental Quantum Optics Group in Tampere und der Complex Media Optics Group in Paris haben ihre Ergebnisse in der renommierten Zeitschrift Nature Photonics veröffentlicht.
In zylindrischen Geometrien, wie sie in Ringkernfasern vorkommen, erfährt das Licht einen Selbstabbildungsprozess in einer Winkelposition. Wenn Licht in die Faser an einer bestimmten Winkelposition des ringförmigen Faserkerns eintritt, breitet es sich zunächst um den gesamten zylindrischen Kern aus und rekombiniert dann perfekt, um das ursprüngliche Feld durch den Selbstabbildungsprozess zu bilden. Diese Entdeckung ermöglicht eine beispiellose Kontrolle über die räumliche Struktur des Lichts.
Ein weiterer faszinierender Aspekt dieser Forschung ist die Verbindung zur Zeitdomäne, die eine neue Form der Raum-Zeit-Dualität aufzeigt. Diese Dualität legt nahe, dass viele Effekte, die räumlich beobachtet werden, auch in der zeitlichen Struktur des Lichts auftreten können. Die Forscher haben gezeigt, dass die Selbstabbildung in der Zeit für einen periodischen Zug optischer Pulse und dessen entsprechendes Frequenzkamm auftritt, was eine starke Verbindung zwischen Winkel-/Drehimpuls und Zeit/Frequenz offenbart.
Diese Erkenntnisse haben nicht nur theoretische Bedeutung, sondern auch praktische Anwendungen in der optischen Kommunikation. Durch die Nutzung der erweiterten Selbstabbildungseffekte können Informationen in den Werten des orbitalen Drehimpulses des Lichts kodiert, konvertiert und dekodiert werden, sodass sie als unabhängige Kommunikationskanäle fungieren können. Dies könnte zu einer erheblichen Steigerung der Datenrate führen und die Zukunft der optischen Telekommunikation maßgeblich beeinflussen.
Die Forscher sind zuversichtlich, dass ihre Arbeit nicht nur die Grundlagenforschung vorantreibt, sondern auch praktische Anwendungen in der Industrie findet. Die Möglichkeit, Licht mit solcher Präzision zu kontrollieren, könnte neue Wege für die Entwicklung fortschrittlicher optischer Systeme eröffnen, die in der Lage sind, den steigenden Anforderungen an Datenübertragung und -verarbeitung gerecht zu werden.
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