MEMS-metasurface Based Tunable Optical Vortex Lasers for smart free-space communication
用于智能自由空间通信的基于 MEMS 超表面的可调谐光学涡旋激光器
基本信息
- 批准号:EP/X034542/2
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Research Grant
- 财政年份:2024
- 资助国家:英国
- 起止时间:2024 至 无数据
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
META-LiFi will develop a novel optical wireless communication system as a response to the ever-increasing demand for wireless data transmission capabilities. In contrast to traditional approaches to use frequency, time or space to encode information, a new device will be developed that utilises the orbital angular momentum (OAM) of lightwaves as an additional degree of freedom to encode data. To this end, META-LiFi will develop a breakthrough miniaturised OAM emitter, which is suitable for power-efficient operation. Furthermore, it allows for a high degree of adaptability, and has the potential for large-volume production at low cost as well as serving as an enabling device for the next generation of intelligent free-space optical communication and Light-Fidelity (LiFi) networks. The ambitious challenges in relation to the design of the new communication system will be tackled by means of a multipronged approach delivering versatile, diverse, and high-quality OAM light sources that create modes with sufficient modal purity. This feature will be used to develop new adaptive digital data encoding techniques. First, active metasurfaces based on nano-opto-electro-mechanical systems (NOEMS) will be obtained. Second, the control of the wavefront in real-time through on-chip integration of MEMS-enabled active metasurfaces with vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) will be adopted for the generation of optical vortex lasers with tuneable topological charges. The proposed vortex lasers will enable a new type of ultra-compact and reconfigurable OAM laser array. This laser array will provide a mechanism for simultaneous transmission of independent data streams through the OAM modes. The number of channels can be dynamically varied which will provide the ability to adjust to varying communication channel conditions. Third, by combining this flexibility with the latest machine learning (ML) techniques supported by advanced artificial neural networks (ANNs), it will be possible to autonomously adapt the device operation to varying conditions stemming from a mobile deployment of the system. For instance, the communication channel may undergo rapid changes because of, for example, random and abrupt transmitter-receiver misalignments and random link blockages. In conclusion, META-LiFi will result in a timely development of intelligent optical wireless communication systems. META-LiFi will enable breakthrough improvements in digital data encoding for free-space communication. Furthermore, it provides a new class of active metasurfaces for integration in a single device. Thereby, META-LiFi will pave the way for high speed, intelligent free-space communications supporting applications across many industrial sectors.
META-LiFi将开发一种新型的光无线通信系统,以应对不断增长的无线数据传输能力需求。与使用频率、时间或空间来编码信息的传统方法相比,将开发一种新的设备,该设备利用光波的轨道角动量(OAM)作为编码数据的额外自由度。为此,META-LiFi将开发一种突破性的OAM发射器,适用于节能操作。此外,它允许高度的适应性,并具有低成本大批量生产的潜力,以及作为下一代智能自由空间光通信和光保真(LiFi)网络的支持设备。与新通信系统设计相关的雄心勃勃的挑战将通过多管齐下的方法来解决,提供多功能,多样化和高质量的OAM光源,以创建具有足够模式纯度的模式。这一特性将用于开发新的自适应数字数据编码技术。首先,将获得基于纳米光电机械系统(NOEMS)的有源超颖表面。第二,波前的实时控制,通过片上集成的MEMS使能的有源超颖表面与垂直腔面发射激光器(VCSEL)将被采用的光学涡旋激光器的产生与可调拓扑电荷。所提出的涡旋激光器将实现一种新型的超紧凑和可重构的OAM激光器阵列。该激光器阵列将提供通过OAM模式同时传输独立数据流的机制。信道的数量可以动态地变化,这将提供适应变化的通信信道条件的能力。第三,通过将这种灵活性与由高级人工神经网络(ANN)支持的最新机器学习(ML)技术相结合,将有可能自主地使设备操作适应源于系统的移动的部署的变化条件。例如,由于例如随机和突然的发射机-接收机未对准和随机链路阻塞,通信信道可能经历快速变化。总之,META-LiFi将导致智能光无线通信系统的及时发展。META-LiFi将实现自由空间通信数字数据编码的突破性改进。此外,它还提供了一种新的有源元表面,可集成到单个设备中。因此,META-LiFi将为支持许多工业部门应用的高速智能自由空间通信铺平道路。
项目成果
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