家庭互联网连接有两种方式。一种是使用铜线（很可能是电话线），在互联网服务提供商与家之间来回传输电信号。这项技术自电报时代以来就没有太大变化。另一种技术则使用光缆，将电信号转换为光信号，再转换回来。这提高了数据传输速度，因为光信号可以在不失真的情况下传输更远的距离。
如今，科学家正在探索一种通过 传输“扭曲”光束来传送数据的新方法。这些光束中的光波形成螺旋形态——类似于DNA的结构——并围绕中心轴旋转。由于这不同于通信中使用的标准光束，扭曲光可能成为光缆中的一种新通信通道。
通过光缆传输数据，涉及将1和0从一点传到另一点。标准方法利用光束的有无来表示这些1和0。然而，这种方法对单根光缆中能够传输的光束数量构成了物理限制。
提升数据传输能力
扭曲光束为传输相同数据提供了另一种方法。由于其特性不同于普通光束，因此可以采用不同的编码方式。而且，这种编码不会干扰标准方法，因此有望大幅提升同一光缆的数据承载能力。然而，尽管近期取得了进展，生成扭曲光的方法仍然不多，而且关键的是，速度很慢。
为了解决这些限制，我们的工程师团队开发了一种新型声光器件，能够以此前从未达到的速度扭转光束。该器件还能够形成多种图案，以比以往更灵活的方式塑造和引导光束。这项研究的结果发表在期刊 《Optics Express》上。
这种新器件由64个微型“压电”声源组成，它们环形排列，每个声源都充当高频扬声器。压电材料能够将电信号转换为振动，从而产生声音。这些声源协同工作，产生经过精确控制的声场。
让声音发挥作用
扭转光束的关键在于，声音的存在会微妙地改变光所穿过材料的折射率。折射率的变化意味着光的传播方向会略微改变，从而使光束形状发生变化。了解声波强度与其对光的影响之间的联系后，几乎可以形成任意形状的光束。在这项器件中，我们利用扭转的声波将图案印刻到激光束上，形成扭曲光束。
虽然此前已经实现过这种扭转方式，但我们的器件能够极快地得到结果。我们只需改变压电材料上的电信号图案，这会改变声场，最终导致光束形状发生变化。
我们每秒可以实现数百万种不同图案。这意味着，未来基于激光束的器件将能够比目前快得多地重新配置。此前达到的最快速度是每秒数千次刷新。这种差异很重要，因为如果刷新率不够快，这项技术就无法与标准光通信技术竞争。从某种意义上说，这种速度差异就像拨号上网与宽带之间的差别。
除了通信之外，塑造、引导和扭转激光束的能力还适用于许多其他光学应用，例如光镊——这种光束能够夹持细胞或类似的微小物体。在这些应用中，速度往往至关重要，因此我们希望新器件能开辟一些令人振奋的可能性，远超我们的想象。
本文由 The Conversation合作发布。本文的发布并不意味着世界经济论坛认可其中的观点。
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作者：Bruce Drinkwater是布里斯托大学超声学教授。
图片：这张于2011年6月23日在悉尼拍摄的照片插图中，展示了互联网局域网（LAN）线缆。路透社/Tim Wimborne。
