베이징 공과대학(Beijing Institute of Technology) 연구원들은 광자 각운동량을 효과적으로 활용하는 광자 TAM 조작기를 개발하여 데이터 전송, 암호화 및 양자 신호 처리를 위한 새로운 길을 열었습니다. 새로운 기술을 통해 각운동량 패턴을 효율적으로 식별하고 실시간 제어할 수 있습니다.
회전하는 물체는 광자와 같은 가장 작은 입자까지 확장되는 속성인 각운동량을 전달합니다. 광자는 스핀 각운동량(SAM)과 궤도 각운동량(OAM)이라는 두 가지 형태의 각운동량을 가지고 있습니다. 스핀 각 운동량은 왼쪽과 오른쪽 원형 편파를 나타내는 두 고유값 사이에서 춤을 추는 반면, 궤도 각 운동량은 나선 위상에 해당하는 무한한 수의 고유값을 갖습니다. SAM이 OAM과 결합되면 LiDAR, 레이저 처리, 광통신, 광컴퓨팅, 양자 정보 등을 포괄하는 광범위한 응용 분야를 갖춘 광자 도구 상자인 "총 각운동량"(TAM)이 출현합니다.
OAM이 현장에 혁신적인 변화를 가져온 것처럼 TAM 패턴의 효율적인 식별과 실시간 제어도 TAM의 획기적인 애플리케이션의 핵심을 제공합니다. 그러나 광자 TAM 상태를 식별하는 기존 방법에는 제한된 동적 범위, 낮은 식별 정확도, 즉석에서 필터를 조정할 수 없는 등의 한계가 있습니다. 이러한 제약으로 인해 TAM의 개발 및 적용 진행이 제한됩니다. 광자 빔에서 원하는 TAM 패턴을 추출하는 것은 아직 풀리지 않은 미스터리로 남아 있습니다.
Advanced Photonics 잡지에 따르면, Beijing Institute of Technology의 연구원들은 장애물을 제거하고 SAM 및 OAM의 주문형 조작을 가능하게 하는 광자 TAM 조작기를 개발했습니다. 그들의 접근 방식에는 TAM 스플리터와 TAM 인버터라는 두 개의 유사한 장치의 대칭형 캐스케이드가 포함됩니다. 이러한 장치는 언패커(unpacker) 및 교정기(corrector)라는 특수 광학 요소로 구성됩니다.
우리는 광자 TAM 조작기를 빛의 심포니 오케스트라를 이끄는 지휘자로 생각할 수 있습니다. TAM 스플리터는 들어오는 빔을 공간적으로 배열된 줄무늬 조합으로 변환하며, 각 줄무늬는 TAM 패턴을 나타냅니다. 공간 필터가 작동하기 시작하여 유지해야 할 TAM 패턴과 차단해야 할 TAM 패턴을 결정합니다. 마지막으로 TAM 리버서는 분리된 빔을 다시 공간 영역으로 가져와 교향곡을 완성합니다. 이 변환 프로세스는 공간 도메인의 입사 빔을 "위치-TAM 도메인"으로 매핑하여 공간 도메인으로 변환하기 전에 필터링을 허용합니다.
연구원들이 보고한 실험적 시연은 최대 42개의 개별 TAM 패턴 식별을 지원합니다. 연구 결과에 따르면 TAM은 상태 선택 성능이 뛰어나 고속, 대용량 데이터 전송 및 보안 수준이 높은 광자 암호화 시스템에 특히 매력적입니다. 또한 고성능 광 컴퓨팅 및 양자 레이더 신호 처리에 대한 새로운 관점을 제공합니다.