La lumière vectorielle : la clé d’une communication optique à haut débit

Les schémas lumineux détiennent un potentiel considérable pour un large alphabet de codage dans les communications optiques. Cependant, leur susceptibilité à la distorsion, comme dans la turbulence atmosphérique ou dans la fibre optique courbée, freine leur développement.

Des chercheurs de l’Université du Witwatersrand (Wits) ont présenté un nouveau protocole de communication optique. Ce dernier exploite les modèles spatiaux de la lumière pour un codage multi-dimensionnel qui ne nécessite pas la reconnaissance des schémas, contournant ainsi la contrainte antérieure de distorsion modale dans les canaux bruyants.

Le résultat est une nouvelle norme de codage avec plus de 50 motifs vectoriels de lumière envoyés pratiquement sans bruit à travers une atmosphère turbulente, ouvrant une nouvelle approche pour la communication optique à haut débit.

Publiée dans Laser & Photonics Reviews, l’équipe de Wits du Laboratoire de Lumière Structurée de l’École de Physique de Wits a utilisé une nouvelle propriété invariante de la lumière vectorielle pour coder l’information.

Cette quantité, que l’équipe nomme « vectorialité« , évolue de 0 à 1 et reste inchangée lorsqu’elle traverse un canal bruyant.

Contrairement à la modulation d’amplitude traditionnelle qui est 0 ou 1 (un alphabet de deux lettres seulement), l’équipe a utilisé l’invariance pour diviser la gamme de vectorialité de 0 à 1 en plus de 50 parties (0, 0,02, 0,04 et ainsi de suite jusqu’à 1) pour un alphabet de 50 lettres. Comme le canal par lequel l’information est envoyée ne déforme pas la vectorialité, l’émetteur et le récepteur seront toujours d’accord sur la valeur, garantissant ainsi un transfert d’information exempt de bruit.

L’obstacle majeur que l’équipe a surmonté est l’utilisation de motifs de lumière d’une manière qui ne nécessite pas leur « reconnaissance« , permettant ainsi d’ignorer la distorsion naturelle des canaux bruyants. Au lieu de cela, la quantité invariante « additionne » simplement la lumière dans des mesures spécialisées, révélant une quantité qui ne perçoit pas du tout la distorsion.

« C’est une avancée très excitante car nous pouvons enfin exploiter les nombreux motifs de lumière comme un alphabet de codage sans nous soucier de la quantité de bruit dans le canal, » déclare le professeur Andrew Forbes, de l’École de Physique de Wits. « En fait, la seule limite à la taille de l’alphabet est la qualité des détecteurs et n’est pas du tout influencée par le bruit du canal.« 

L’auteur principal et candidat au doctorat, Keshaan Singh, ajoute : « Pour créer et détecter la modulation de vectorialité, il ne faut rien de plus que la technologie de communication conventionnelle, ce qui permet à notre protocole basé sur des motifs d’être déployé immédiatement dans des contextes réels.« 

L’équipe a déjà commencé des démonstrations dans la fibre optique et dans des liens rapides à travers l’espace libre, et estime que cette approche peut fonctionner dans d’autres canaux bruyants, y compris sous l’eau.

Légende illustration : De nouvelles recherches sur la lumière structurée permettent aux chercheurs d’exploiter les nombreux motifs de la lumière comme alphabet de codage sans se soucier du niveau de bruit du canal. Crédit : Wits University