Hvorfor du bør bekymre dig om bedre fiberoptik

Fiberoptisk forskning kan give os bedre medicinsk udstyr, forbedret miljøovervågning, flere mediekanaler — og måske bedre solpaneler.

"Optiske fibre er bemærkelsesværdigt gode til at transmittere signaler uden meget tab i overførslen, " siger professor Ursula Gibson ved NTNUs Institut for Fysik.

Men:"Glasfibre er gode op til en bølgelængde på omkring 3 mikron. Mere end det, og de er ikke så gode, " hun siger.

Og det er nogle gange problematisk. Telecom bruger den nær infrarøde del af bølgespektret, fordi det har det mindste tab af energi, når det passerer gennem glas.

Men hvis vi kunne bruge endnu længere bølgelængder, fordelene ville omfatte bedre medicinske diagnoser og mere præcis miljøovervågning af luftbårne gaspartikler. Længere bølgelængder kan også betyde mere plads til mediekanaler, da konkurrencen er hård om bølgelængderne, hvor ledig pladsoverførsel normalt finder sted nu.

Gallium antimonid

Optiske glasfibre er ikke lavet af rent glas, men kræver en kerne med lidt andet materiale til at transmittere signaler.

Dette er klart ret kompliceret at opnå, og metoderne er gradvist blevet perfektioneret i løbet af de sidste 50 år. på NTNU, forskellige forskergrupper har eksperimenteret med optiske fibre ved hjælp af en halvlederkerne af silicium (Si) og galliumantimonid (GaSb) i stedet for små mængder germaniumoxid, som nu bruges i silicafibre. Nogle af forskernes seneste forskningsresultater er nu blevet præsenteret i Naturkommunikation .

Ph.d. kandidat Seunghan Song er den første forfatter til artiklen i det prestigefyldte tidsskrift. Artiklen "beskriver en metode til fremstilling af optiske fibre, hvor en del af kernen, der er galliumantimonid, som kan udsende infrarødt lys. Derefter laserbehandles fiberen for at koncentrere antimonidet, «siger Gibson.

Denne proces udføres ved stuetemperatur. Laserbehandlingen påvirker kernens egenskaber.

Kabler og solceller

Silicium er kendt som det mest almindeligt anvendte materiale i solpaneler. Sammen med ilt, silicium er også det mest almindelige materiale i glas- og glasfiberkabler.

Galliumantimonid er mindre typisk, selvom andre også har brugt den samme sammensætning i optiske instrumenter. Men ikke på samme måde.

Med den nye metode, galliumantimoniden fordeles i starten i hele siliciumet. Dette er en enklere og billigere metode end andre til at dyrke krystaller, og teknologien tilbyder mange mulige applikationer.

"Vores resultater er først og fremmest et skridt i retning af at åbne en større del af det elektromagnetiske bølgespektrum for optisk fibertransmission, " siger Gibson.

At lære om de grundlæggende egenskaber ved halvledermaterialerne i glasfibre giver os mulighed for at gøre mere effektiv brug af sjældne ressourcer som gallium.