Ученые из петербургского университета ИТМО провели уникальное исследование и приблизились еще на шаг к созданию идеальной беспроводной связи. Результаты научной работы были опубликованы в журнале Scientific Reports.

Петербургские ученые исследовали свойства пучка Бесселя-Гаусса, который можно использовать в беспроводных системах связи — увеличить количество подключаемых устройств и повысить скорость передачи данных. «Теоретическая работа имеет перспективы практического применения: сегодня эти лучи изучаются для применения в системах беспроводной связи, так как с их использованием можно увеличить количество подключаемых одновременно девайсов и скорость передачи данных», — сообщили в университете ИТМО.

В своей научной работе ученые оперировали понятием лучи Бесселя. Эти лучи обладают большим набором весьма полезных свойств. Во-первых, они не теряют фокусировку на очень больших расстояниях, а при определенных условиях даже могут стать бесконечными. Во-вторых, лучи Басселя могут восстанавливаться после столкновениям с препятствиями и не «растекаются» во влажной атмосфере.

«Эти свойства делают луч Бесселя привлекательным для использования в различных системах, в том числе для беспроводной связи», — объясняют свои интерес ученые.

Особое внимание исследователи уделяют пучкам Бесселя в терагерцовом диапазоне излучения. «Дело в том, что его спектр частот начинается с инфракрасного и доходит до сверхвысокочастного, то есть длина волны колеблется в пределах одного миллиметра. А чем шире спектральный диапазон, тем больше количество каналов, которые могут одновременно использовать множество различных девайсов», — говорят в ИТМО.

Дополнительный бонус — лучи Басселя умеют проникать сквозь разнообразные среды, не ионизируя их. 

Единственная и главная проблема заключается в том, что лучи Басселя пока существуют только в теории. «В природе таких идеальных лучей Бесселя не существует, потому что для их генерации потребовалась бы бесконечно длинная линза и бесконечное количество энергии», — объясняют исследователи.

Пока человечество довольствуется квази-лучам Бесселя, фокусируя лучи Гаусса с помощью специальной линзы-аксикона. «В результате получают лучи Бесселя-Гаусса со свойствами, максимально приближенными к свойствам идеального луча Бесселя», — говорят ученые.

Пока же лучи Басселя остаются для человечества недостижимым идеалом, специалисты из ИТМО решили найти практическое применение квази-лучам Бесселя, рассказал Максим Куля, сотрудник международного института «Фотоника и оптоинформатика» Университета ИТМО

«Прежде, чем применять эти пучки на практике, необходимо исследовать их свойства. Так, наша работа посвящена полному пространственно-временному и спектральному анализу распространения пучков для импульсного терагерцового излучения», — сказал Куля.

Петербургским ученым удалось смоделировать эволюцию таких лучей и замерить амплитуду поля, спектральные характеристики и другие важные параметры. «Сейчас требуется экспериментальное подтверждение полученных результатов, что будет нашим следующим шагом», — резюмировал Максим Куля.