Antena Optik Berganda

Para peneliti telah menemukan cara untuk memanfaatkan sifat gelombang cahaya yang secara radikal dapat meningkatkan jumlah data yang mereka bawa. Mereka mendemonstrasikan pancaran sinar laser memutar diskrit dari antena yang terdiri dari cincin konsentris yang kira-kira sama dengan diameter rambut manusia — cukup kecil untuk ditempatkan pada chip komputer.

Pekerjaan akan secara signifikan meningkatkan jumlah informasi yang dapat digandakan, atau ditransmisikan secara bersamaan, oleh sumber cahaya yang koheren. Contoh umum dari multiplexing adalah transmisi beberapa panggilan telepon melalui satu kabel tetapi ada batasan mendasar untuk jumlah gelombang cahaya bengkok koheren yang dapat langsung dimultipleks.

Teknologi ini mengatasi batas kapasitas data saat ini melalui karakteristik cahaya yang disebut momentum sudut orbital. Ini memiliki aplikasi dalam pencitraan biologis, komunikasi berkapasitas tinggi, dan sensor.

Metode transmisi sinyal saat ini melalui gelombang elektromagnetik mencapai batasnya. Frekuensi, misalnya, telah menjadi jenuh, itulah sebabnya hanya ada begitu banyak stasiun yang dapat didengarkan di radio. Polarisasi, di mana gelombang cahaya dipisahkan menjadi dua nilai — horizontal atau vertikal — dapat menggandakan jumlah informasi yang ditransmisikan. Pembuat film memanfaatkan ini saat membuat film 3D, memungkinkan pemirsa dengan kacamata khusus untuk menerima dua set sinyal — satu untuk setiap mata — untuk menciptakan efek stereoskopik dan ilusi kedalaman.

Di luar frekuensi dan polarisasi adalah orbital angular momentum (OAM), sifat cahaya yang menarik perhatian para ilmuwan karena menawarkan kapasitas transmisi data yang lebih besar secara eksponensial. Salah satu cara untuk berpikir tentang OAM adalah membandingkannya dengan pusaran tornado. Pusaran dalam cahaya, dengan derajat kebebasannya yang tak terbatas, pada prinsipnya dapat mendukung jumlah data yang tidak terbatas. Tantangannya adalah menemukan cara untuk menghasilkan sinar OAM dalam jumlah tak terbatas secara andal.

Para peneliti memulai dengan antena, salah satu komponen terpenting dalam elektromagnetisme dan pusat teknologi 5G dan 6G yang sedang berlangsung. Antena dalam penelitian ini bersifat topologi — sifat esensialnya dipertahankan bahkan saat perangkat dipelintir atau ditekuk.

Untuk membuat antena topologi, para peneliti menggunakan litografi berkas elektron untuk mengetsa pola grid ke indium gallium arsenide phosphide (bahan semikonduktor) dan kemudian mengikat struktur ke permukaan yang terbuat dari garnet besi yttrium. Mereka merancang kisi-kisi untuk membentuk sumur kuantum dalam pola tiga lingkaran konsentris - yang terbesar dengan diameter sekitar 50 mikron - untuk menjebak foton. Desain menciptakan kondisi untuk mendukung fenomena yang dikenal sebagai efek Hall kuantum fotonik, yang menggambarkan pergerakan foton ketika medan magnet diterapkan, memaksa cahaya untuk bergerak hanya dalam satu arah di dalam cincin.

Dengan menerapkan medan magnet yang tegak lurus terhadap struktur mikro dua dimensi, para peneliti berhasil menghasilkan tiga sinar laser OAM yang bergerak dalam orbit melingkar di atas permukaan. Studi lebih lanjut menunjukkan bahwa sinar laser memiliki bilangan kuantum sebesar 276, mengacu pada berapa kali cahaya berputar di sekitar sumbunya dalam satu panjang gelombang.