Hollow-core fiber skaber udsigt til næste generations videnskabelige instrumenter

De nye fibres seneste fremskridt, udgivet i denne uge i Natur fotonik , har understreget teknologiens potentiale for næste generations optiske interferometriske systemer og sensorer.

Optiske fibre med hul kerne kombinerer de mest avancerede interferometres udbredelse af frit rum med længdeskalaerne på moderne optiske fibre ved at lede lyset rundt i sving i en luft- eller vakuumfyldt kerne.

Forskere samarbejder med branchepartnere, samarbejde med National Physical Laboratory og udnytte et britisk netværk i Airguide Photonics -programmet, da de yderligere udvider virkningen af ​​opdagelsen.

Professor Francesco Poletti, Leder af Hollow Core Fiber Group, siger:"Ved at fjerne glasset fra midten af ​​fiberen, vi har også elimineret de fysiske mekanismer, hvormed polariseringsrenheden af ​​en inputstråle kan nedbrydes. Som resultat, vores fibre giver kvaliteter, der repræsenterer et paradigmeskift mod et stort spring i ydeevne.

"Med en dæmpning så lav som 0,28 dB/km og udsigten til snart at nå niveauer potentielt under Rayleigh -spredningsgrænsen for konventionelle fibre, sådanne bølgeledende strukturer kunne snart give vakuumlignende vejledningsrenhed og miljømæssig ufølsomhed ved skræddersyede bølgelængder og over hundredvis af kilometer til den næste generation af fotonisk aktiverede videnskabelige instrumenter. "

Formering af lysbølger og bevarelse af alle deres væsentlige egenskaber er en grundlæggende bekymring for alle applikationer, der bruger lys til at fornemme miljøet eller til at overføre data og strøm. Højtydende interferometre, gyroskoper og frekvenskamme bruger lysets bølgelængde som en miniaturelineal til at måle afstande, rotationshastighed og tid med utrolig præcis præcision. De er alle afhængige af transmission af lysstråler med den højest mulige rumlige, spektral og polarisationsrenhed.

For at opnå den bedst mulige ydelse, forskere har i øjeblikket brug for at sprede lys gennem frit rum i et vakuum, f.eks. i 4 km-armene på Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) i USA. Imidlertid, disse avancerede interferometre er ekstremt dyre og ofte upraktiske på endnu meget kortere længde skalaer. Optiske glasfibre tilbyder et mere pragmatisk og bærbart alternativ inden for sensorteknologier, men forringer polarisationsrenheden og lider af skadelige ikke -lineære effekter.

Hulkernefibre overvinder alle disse udfordringer for at øge potentialet i optiske interferometriske systemer og sensorer, for eksempel inden for optiske gyroskoper, der udgør kernen i inertialnavigationssystemer eller til den fleksible levering og sammenhængende kombination af intens polariseret stråling til den næste generation af MegaWatt -lasere.

Denne seneste Southampton -forskning blev sponsoreret af EU finansieret LightPipe Project, som bygger på et årtiers arbejde på Zepler Institutes berømte Optoelectronics Research Center.

Centret og dets direktør professor Sir David Payne har spillet en ledende rolle i udviklingen af ​​optisk fiberteknologi til applikationer, der kræver kontrol af lysets polariseringstilstande. Arbejdet på dette område førte også til oprettelsen af ​​spinout -virksomheden Fibercore, som har etableret sig som en global markedsleder inden for produktion af polarisering, der vedligeholder optiske fibre.

Professor Sir David Payne, sagde, "Der er mange applikationer inden for optik, der kræver streng polariseringskontrol, såsom når to stråler interfererer med at fornemme små ændringer forårsaget af gravitationsbølger, eller rotationsføling i fibergyroskoper. Den ideelle måde at transportere lys på er i en optisk fiber, men det fører normalt til en usikkerhed, vandrende polarisationstilstand og drift i sensoren. Det er en stor overraskelse at opdage, at visse typer hulkerne kan bevare en stabil polarisering over lange afstande, og denne observation vil have en enorm indvirkning på næste generations optiske sensorer.

"Hulekernfibre fortsætter med at forbløffe os på måder, der ser ud som om fiberen ikke var der-ligesom et vakuum uden diffraktion."