电磁涡流炮可以增强通信系统

涡环是一种神秘而迷人的自然现象，它在空气和电磁波中都表现出令人惊叹的结构和行为。想象一下，一门可以发射涡环的空气炮，形成一个完美的空气涡流，优雅地在空中移动，仿佛一只看不见的手在天空中勾勒出一条优雅的曲线。这种涡流现象不仅是物理奇观，也是大自然的杰作。

空气涡流的产生，是科学与美学的绝妙结合。空气炮发射时，瞬间的压力差使空气形成旋转的环状结构，并在空气中稳定传播，展现出涡流独特的形状和动态。将同样的原理应用到电磁波上，我们可以设想一种直接发射电磁涡环的“电磁涡流炮” 。在研究人员的不懈努力下，这一概念正在逐渐成为现实。

近日，电子科技大学王韧副教授、新加坡南洋理工大学沈逸杰助理教授及其来自英国南安普顿大学的合作者提出了一种利用同轴喇叭天线直接发射电磁涡旋的方法，并观测到了该涡旋的弹性传播特性和skyrmion拓扑结构。

他们的研究成果题为“环形电磁脉冲中的弹性传播和自由空间 Skyrmions 的观察”，已作为特色文章发表在《应用物理评论》上。

这些科学家总结了电磁炮的工作原理：“该原理是利用超宽带、径向极化、圆锥形同轴喇叭天线来创建旋转的电磁波结构。当天线发射时，它会产生瞬时压力差，从而形成这些涡环，这些涡环可以在长距离内保持其形状和能量。这种方法的独特之处在于它能够产生具有复杂拓扑特征的电磁脉冲，例如 skyrmion，它们在传播过程中表现出非凡的弹性和自愈特性。”

“这项技术的潜在应用非常广泛，令人兴奋。在高容量通信系统中，这些涡旋脉冲可以通过提供高效、强大的数据编码方法彻底改变我们传输信息的方式。涡旋环独特的光谱和偏振特性使它们能够比传统波携带更多的信息，使其成为下一代通信网络的理想选择。

“此外，它们即使在存在环境干扰的情况下也能保持结构完整性，这使它们成为遥感和目标探测的宝贵工具。通过分析这些涡旋脉冲的独特模式，我们可以开发出更精确、更可靠的方法来探测和定位物体，无论是在防御系统还是太空探索中，”科学家说。

“当我们反思我们的研究结果的意义时，我们特别兴奋于这项研究如何能够为计量和信息处理带来突破性的进步。涡旋脉冲的时空不可分性为开发复杂数据编码和高精度测量的新技术奠定了基础。此外，嵌入涡环内的 skyrmion 纹理为拓扑数据存储和处理提供了有趣的可能性，有可能带来更有效的管理和分析大型数据集的方法。

科学家补充道：“这项工作不仅展示了电磁涡环令人难以置信的多功能性，而且为未来无线技术的创新奠定了基础，创造了重新定义我们对电磁现象的理解的机会。”