Transmissão de dados em fibras óticas através do momento angular orbital da luz

Abstract

Fibras óticas são estruturas utilizadas para transportar ondas eletromagnéticas entre dois pontos do espaço. Sua principal aplicação é a transmissão de dados em alta velocidade entre grandes distâncias. Devido a sua grande capacidade de transmissão de dados a espinha dorsal da internet é totalmente composta por fibras óticas. Como cada vez mais, mais pessoas têm acesso a internet, para que não haja perda da banda de comunicação, há uma constante procura no aperfeiçoamento destes dispositivos. Desde métodos de multiplexação à construção de fibras de vários núcleos, diversos artifícios são utilizados para aumentar a taxa de transmissão de dados das fibras óticas. Este trabalho apresenta um estudo da aplicação do Momento Angular Orbital da luz na transmissão de dados em fibras óticas. A utilização do Momento Angular Orbital da luz na transmissão de dados em fibras óticas vem ganhando destaque nos últimos anos. Já foi provado que o Momento Angular Orbital da luz representa um novo grau de liberdade ortogonal na transmissão de dados. Além disso, teoricamente, o número de estados portadores de Momento Angular Orbital é infinito o que possibilita um aumento teórico infinito na taxa de transmissão de dados, contudo, existe uma limitação experimental na geração desses feixes. Este trabalho apresenta um estudo de duas fibras capazes de transportar Momento Angular Orbital. Uma das fibras, aqui denominada de hyper-fiber, possui um índice de refração de perfil hiperbólico e a outra, chamada de vortex-fiber, é modelada a partir de um artigo que apresenta resultados experimentais. A solução geral da equação de Helmholtz vetorial da hyper-fiber é obtida. Esta solução é descrita por duas funções especiais: a função Hipergeométrica do segundo tipo e o polinômio de Laguerre generalizado. Ambas as funções são empregadas para descrever fenômenos óticos, mas elas ainda não foram analisadas conjuntamente neste tipo de fibra. O modelo algébrico da vortex-fiber foi desenvolvido com o objetivo principal de se poder comparar as duas fibras. A análise das fibras contempla a avaliação da região de convergência das funções, o estudo do perfil de intensidade e uma estimativa da taxa de transmissão de dados.

ABSTRACT:

Optical fibers are structures used to transport electromagnetic waves between two points in space. Its main application is high speed data transmission. across great distances. Due to its great data transmission capacity, the backbone of the internet is entirely composed of optical fibers. As more and more, more people have access to the internet, so there is no loss of communication bandwidth, there is a constant search to improve these devices. From multiplexing methods to the construction of multi-core fibers, various devices are used to increase the data transmission rate of optical fibers. This work presents a study of the application of the Orbital Angular Momentum of light in the transmission of data in optical fibers. The use of the Orbital Angular Moment of light in the transmission of data in optical fibers has been gaining prominence in recent years. It has already been proved that the Orbital Angular Momentum of light represents a new orthogonal degree of freedom in data transmission. Furthermore, theoretically, the number of states carrying Orbital Angular Momentum is infinite, which allows an infinite theoretical increase in the data transmission rate, however, there is an experimental limitation in the generation of these beams. This work presents a study of two fibers capable of carrying Orbital Angular Momentum. One of the fibers, here called hyper-fiber, has a refractive index hyperbolic profile and the other, called vortex-fiber, is modeled from an article that presents experimental results. The general solution of the hyper-fiber vector Helmholtz equation is obtained. This solution is described by two special functions: the Hypergeometric function of the second type and the generalized Laguerre polynomial. Both functions are used to describe optical phenomena, but they have not yet been analyzed together in this type of fiber. The algebraic vortex-fiber model was developed with the main objective of being able to compare the two fibers. The fiber analysis includes the evaluation of the convergence region of the functions, the study of the intensity profile and an estimate of the data transmission rate.