汉和莱娅。乔治。柯密特和小猪小姐。戈麦斯和Morticia。历史上最伟大的夫妻都是依靠交流来让他们变得如此强大，他们的力量是不可否认的。
但这不仅对人(或布偶)是真的，对激光也是真的。
根据南加州大学维特比工程学院最近发表在《自然光子学》杂志上的一项新研究，将两束激光结合在一起，作为一种光学“它耦合”，有望使无线通信比以往任何时候都更快、更安全。但首先，我要介绍一些背景知识。
大多数基于激光的通信——比如光纤，通常用于高速互联网之类的东西——是以激光(光学)光束通过电缆传输的形式传输的。光通信速度非常快，但它必须通过物理电缆传输，这一事实限制了它的传播。将高容量的激光应用于不受约束和漫游的应用中——如飞机、无人机、潜艇和卫星——确实令人兴奋，并有可能改变游戏规则。
南加州大学维特比分校的研究人员通过专注于自由空间光通信(FSOC)，使我们离这一壮举更近了一步。这是一个不小的壮举，也是研究人员已经研究了一段时间的挑战。一个主要的障碍是所谓的“大气湍流”。
当一束携带信息的光激光束在空气中传播时，它会经历自然的乱流，就像飞机一样。它周围大气的风和温度的变化导致光束变得不稳定。我们无法控制湍流，这是阻止FSOC在性能上取得类似于无线电和光纤系统进步的原因。这让我们只能用较慢的老式无线电波来进行大部分的无线通信。
“虽然FSOC已经存在一段时间了，但有效地从受大气湍流影响的光束中恢复信息一直是一个根本性的挑战，”该研究的第一作者、南加州大学维特比光通信实验室电气与计算机工程系博士生张润洲说。
研究人员在解决这个问题上取得了进展，他们发射了第二束激光(称为“先导”光束)，与第一束激光一起作为搭档移动。这两束光以一对夫妇的形式运动，穿过相同的空气，经历相同的湍流，并有相同的畸变。如果只发送了一束光，接收器必须计算出光束在传输过程中所经历的所有失真，然后才能解码数据。这严重限制了系统的性能。
但是，当引导光束沿原光束移动时，畸变会自动消除。就像柯密特(Kermit)和小猪小姐(Miss Piggy)合唱《彩虹连接》(Rainbow Connection)一样，光束中的信息到达目的地时清晰、清晰、容易理解。
从工程学的角度来看，这是一个不小的成就。“无线电波是我们目前大多数无线通信的最佳选择，但它的问题是，它的数据速率比光通信慢得多，安全性也比光通信差得多，”这篇论文的团队负责人、南加州大学维特比电子和计算机工程教授艾伦·维尔纳(Alan Willner)说。“有了我们的新方法，我们离缓解高容量光学连接中的乱流又近了一步。”
也许最令人印象深刻的是，研究人员并没有用一种新的设备或材料来解决这个问题。他们只是从物理角度出发，改变了自己的观点。张说:“我们利用了一种众所周知的设备——光探测器的基础物理原理，这种设备通常用于检测光的强度，并意识到它可以以一种新的方式来解决激光通信系统的湍流问题。”
这样想想:当柯密特和小猪小姐唱歌时，他们的声音在空气中以相似的方式扭曲。这是有意义的;它们站在一起，它们的声音通过相同的大气层传播。这个照片探测器所做的是把柯密特的声音失真变成与猪小姐声音失真相反的声音。现在，当它们混合在一起时，两种声音的失真会自动消除，我们就能清楚清晰地听到这首歌。
随着这一新实现的物理应用，该团队计划继续探索如何使性能更好。“我们希望我们的方法有一天能够实现更高性能和更安全的无线连接，”Willner说。这样的链接可以用于从高分辨率成像到高性能计算的任何事情。
