Forskere udvikler en ny forstærker, der kan fordoble kapaciteten af ​​fiberoptiske kabler

Mere end 3,4 milliarder mennesker har forbindelse til internettet, stille stadig større efterspørgsel på telekomindustrien for at levere større, bedre og hurtigere båndbredde til brugerne. Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskere har taget et vigtigt skridt for at imødekomme dette behov ved at udvikle en ny type optisk fiberforstærker, der potentielt kan fordoble fiberoptiske kableres informationskapacitet.

De fleste data for Internettet rejser på fiberoptiske kabler, som består af bundter af tråde, der transmitterer laserlys. Når fiberen bliver længere, imidlertid, strøm går tabt på grund af dæmpning. I slutningen af ​​1980'erne og begyndelsen af ​​90'erne, forskere opdagede, at de kunne afbøde dette tab ved at udvikle inline fiberoptiske forstærkere.

På det tidspunkt, lasere, der drives ved en bølgelængde på 1,3 mikron, eller 1, 300 nanometer (nm). Ingen optiske forstærkere blev udviklet, imidlertid, der fungerede godt i regionen. Forskere var i stand til at udvikle en forstærker på 1,55 mikron, eller 1, 550 nm, så laseroverførselssystemer blev skiftet til at matche. På samme tid, de opdagede, at inline optiske forstærkere tillod dem at forstærke mange forskellige lasere på én gang, en opdagelse, der øgede en enkelt optisk fibers informationskapacitet fra 155 megabit i sekundet til mere end en terabit i sekundet. Selvom dette var en enorm stigning, det er stadig en begrænset mængde oplysninger, kræver mange kabler til at transmittere.

Flash frem 25 år. Livermore-teamet arbejdede på neodym-dopede optiske fiberlasere, som lase på 1, 330 nm (1,33 mikron), 1, 064 nm (1.064 mikron) og 920 nm. Teamet byggede en brugerdefineret optisk fiber, der undertrykte laser ved 1, 064 nm og forstærket lys fortrinsvis ved 920 nm. Under test af 920-nm laser, holdet observerede i de fluorescerende spektre, at fiberen også viste tegn på forstærkning ved 1, 400-1, 450 nm - en bølgelængde, der aldrig har fungeret før.

Tidligere fiberforstærkere undertrykte ikke lasning ved 1, 064 nm og blev også observeret at lide af en effekt kendt som absorption i exciteret tilstand i 1, 330 nm-region. Denne effekt får faktisk tabet af fibre til at stige, når pumpelys påføres - det modsatte af den ønskede effekt, som skal generere optisk forstærkning.

Holdet redesignede derefter fiberen for at undertrykke laseraktion ved både 1, 064 nm og 920 nm. Denne nye fiber, hvilket fuldstændigt eliminerer potentialet for lasning ved 920 nm eller 1, 064 nm, kan nu kun give gevinst på 1, 330 nm laserovergang. Absorption i exciteret tilstand forhindrer stadig amplifikation ved 1, 330 nm, men laserlinjen forstærker lys over et stort område af bølgelængder.

Teamet opdagede, at fra 1, 390 nm til 1, 460 nm er der signifikant positiv optisk forstærkning, og denne nye fiber genererer laserkraft og optisk forstærkning med relativt god effektivitet. Denne opdagelse åbner potentialet for installerede optiske fibre til at fungere i et transmissionsområde kendt som E-bånd, ud over C- og L-båndene, hvor de i øjeblikket fungerer-fordobler effektivt en enkelt optisk fibers informationsbærende potentiale.

"Den vigtigste komponent, der mangler til drift af et telekommunikationsnetværk i dette bølgelængdeområde, har været den optiske fiberforstærker, "sagde Jay Dawson, stedfortrædende programdirektør for DoD Technologies i NIF og Photon Science Directorate. "Det, vi har gjort, er effektivt at skabe noget, der vil ligne og føles som en konventionel erbium -fiberforstærker, men i et tilstødende bølgelængdeområde, fordobling af bæreevnen for en optisk fiberforstærker. "

Forstærkerne ville muligvis give teleselskaber større mulighed for at udnytte deres installerede udstyrsbase, kræver mindre kapitalinvesteringer end nyt kabel - hvilket resulterer i udvidet båndbredde og lavere omkostninger for slutbrugeren. Installation af nyt kabel er dyrt; en tjenesteudbyder må ikke kun købe nye kabler, men også undergå den store udgift til at grave skyttegrave til installation af det nye kabel.

"Ved at bruge den fiber, vi har udviklet, du kunne bygge et sæt optiske fiberforstærkere, der ville se praktisk talt identisk ud i teknologi til de fiberforstærkere, der allerede findes, "Sagde Dawson." I stedet for at skulle lægge endnu et dyrt kabel, du kunne installere disse nye forstærkere i de samme bygninger som de nuværende forstærkere, hvilket resulterer i dobbelt så meget båndbredde på de nuværende kabler. "

"Til mig, det er det, der er spændende ved det, "tilføjede han." Det er noget, som ingen tidligere har været i stand til at gøre, og potentialet er der til virkelig at gøre en stor forskel. "

"Dette syntes at være en betydelig opdagelse, der kan løse et problem i telekommunikationsindustrien, som er et stort og vigtigt marked, men mere F&U var nødvendig, "sagde Michael Sharer, IPO -ansvarlig for teknologi kommercialisering. "IDF -udvalget mente, at dette var et vigtigt projekt at finansiere ud fra dette synspunkt."