Ny forskning kan revolutionere fiberoptisk kommunikation

Et team af forskere fra University of St. Andrews har opnået et gennembrud inden for måling af lasere, som kan revolutionere fremtiden for fiberoptisk kommunikation.

Den nye forskning, udgivet i Optik bogstaver (onsdag 6. marts), afslører, at holdet af forskere har udviklet en billig og meget følsom enhed, der er i stand til at måle lysets bølgelængde med hidtil uset nøjagtighed.

Bølgemålerudviklingen vil booste optisk og kvantesensorteknologi, forbedring af ydeevnen af ​​næste generations sensorer og den informationsbærende kapacitet af fiberoptiske kommunikationsnetværk.

Ledet af professor Kishan Dholakia fra School of Physics and Astronomy, holdet ledte laserlys gennem en kort længde af optisk fiber, bredden af ​​et menneskehår, som forvrider lyset til et kornet mønster kendt som 'splettet'.

Dette mønster er bedre kendt som den uklare 'sne', der ses på defekte analoge fjernsyn. Normalt arbejder videnskabsmænd og ingeniører hårdt for at fjerne eller minimere dens virkning. Imidlertid, formen på plettermønsteret ændres med laserens bølgelængde (eller farve) og kan optages på et digitalkamera.

Lys kan opfattes som en bølge. Bølgens gentagelsescyklus, bølgelængden, er afgørende for alle undersøgelser, der bruger lys. Holdet brugte denne tilgang til at måle bølgelængden med en attometers præcision. Dette er omkring en tusindedel af størrelsen af ​​en individuel elektron og 100 gange mere præcist end tidligere påvist. For kontekst, målingen af ​​så små ændringer i laserbølgelængden svarer til at måle længden af ​​en fodboldbane med en nøjagtighed svarende til størrelsen af ​​et atom.

Bølgemålere bruges i mange områder af videnskaben til at identificere lysets bølgelængde. Alle atomer og molekyler absorberer lys ved meget præcise laserbølgelængder, så evnen til at identificere og manipulere bølgelængder ved høj opløsning er vigtig på forskellige områder lige fra afkøling af individuelle atomer til temperaturer, der er koldere end dybderne af det ydre rum, til identifikation af biologiske og kemiske prøver. Evnen til at skelne mellem forskellige bølgelængder af lys gør det også muligt at sende mere information gennem fiberoptiske kommunikationsnetværk ved at kode forskellige datakanaler med forskellige bølgelængder.

Konventionelle bølgemålere analyserer ændringer i bølgelængde ved hjælp af delikate, optiske komponenter med høj præcision. De billigste instrumenter, der bruges i det meste af den daglige forskning, koster titusindvis af pund. I modsætning, St Andrews-bølgemåleren består kun af en 20 cm længde optisk fiber og et kamera. I fremtiden kan det blive gjort endnu mindre.

Dr. Kishan Dholakia forklarede:"Bølgemålerens princip kan nemt demonstreres derhjemme. Hvis du lyser med en lasermarkør på en ru overflade som en malet væg, eller gennem et semi-transparent materiale som matteret bånd, laseren bliver forvrænget ind i det kornede plettermønster. Hvis du flytter laseren, eller ændre nogen af ​​dens egenskaber, det nøjagtige mønster, du ser, vil ændre sig dramatisk. Det er denne følsomhed over for forandring, der gør speckle til et godt valg til at måle bølgelængde."

Dr. Graham Bruce, også fra School of Physics and Astronomy og hovedforfatter på papiret, sagde:"Der er store investeringer både i Storbritannien og rundt om i verden i øjeblikket i udviklingen af ​​en ny generation af optiske og kvanteteknologier, som lover at revolutionere den måde, vi måler verden omkring os på, måden vi kommunikerer på, og måden vi sikrer vores digitale informationer på. Lasere og måden vi måler og kontrollerer deres egenskaber på er centralt i denne udvikling, og vi tror på, at vores tilgang til måling af bølgelængde vil spille en vigtig rolle."

I fremtiden, holdet håber at demonstrere brugen af ​​kvanteteknologiapplikationer i rummet og på Jorden, samt at måle lysspredning til biomedicinske undersøgelser i en ny, billig måde.