Brug af luft til at forstærke lyset

I et lovende gennembrud for fremtidens kommunikation, EPFL-forskere har udviklet en teknologi, der kan forstærke lyset i de nyeste hulkerne optiske fibre.

"Idéen havde gået rundt i hovedet på mig i omkring 15 år, men jeg har aldrig haft tid eller ressourcer til at gøre noget ved det, " siger Luc Thévenaz, lederen af ​​Fiber Optics Group i EPFL's School of Engineering. Nu, hans laboratorium har udviklet en teknologi til at forstærke lys inde i de nyeste hulkerne optiske fibre.

Kvadring af cirklen

Nutidens optiske fibre har normalt en solid glaskerne uden luft indeni. Lys kan rejse langs fibrene, men mister halvdelen af ​​sin intensitet efter 15 kilometer. Den bliver ved med at svækkes, indtil den næsten ikke kan opdages ved 300 kilometer. Så for at holde lyset i bevægelse, det skal forstærkes med jævne mellemrum.

Thévenaz' tilgang er baseret på nye hulkerne optiske fibre, der er fyldt med enten luft eller gas. "Luften betyder, at der er mindre dæmpning, så lyset kan rejse over en længere afstand. Det er en reel fordel, " siger professoren. Men i et tyndt stof som luft, lyset er sværere at forstærke. "Det er kernen i problemet:Lys rejser hurtigere, når der er mindre modstand, men det er samtidig sværere at handle på. Heldigvis, vores opdagelse har kvadreret den cirkel."

Fra infrarød til ultraviolet

Så hvad gjorde forskerne? "Vi har lige tilføjet tryk til luften i fiberen for at give os en vis kontrolleret modstand, " forklarer Fan Yang, postdoc studerende. "Det fungerer på samme måde som optisk pincet - luftmolekylerne komprimeres og dannes til klynger med regelmæssig afstand. Dette skaber en lydbølge, der stiger i amplitude og effektivt afbøjer lyset fra en kraftig kilde mod den svækkede stråle, så det forstærkes op til 100, 000 gange. "Deres teknik gør derfor lyset betydeligt mere kraftfuldt." Vores teknologi kan anvendes på enhver form for lys, fra infrarød til ultraviolet, og til enhver gas, " forklarer han. Deres resultater er netop blevet offentliggjort i Naturfotonik .

Et ekstremt præcist termometer

Fremadrettet, teknologien kunne tjene andre formål ud over lysforstærkning. Optiske fibre med hul kerne eller komprimeret gas kunne, for eksempel, bruges til at lave ekstremt nøjagtige termometre. "Vi vil være i stand til at måle temperaturfordelingen på et hvilket som helst tidspunkt langs fiberen. Så hvis en brand starter langs en tunnel, vi ved præcis, hvor det begyndte baseret på den øgede temperatur på et givet punkt, " siger Flavien Gyger, Ph.d. studerende. Teknologien kunne også bruges til at skabe en midlertidig optisk hukommelse ved at stoppe lyset i fiberen i et mikrosekund - det er ti gange længere, end det er muligt i øjeblikket.