Luftfyldte fiberkabler, der er i stand til at overgå standard optiske fibre

Den næste generation af optisk fiber kunne være et skridt nærmere, da en ny undersøgelse har vist, at fibre med et udhulet center, oprettet i Southampton, kunne reducere tab af strøm, der i øjeblikket opleves i standard glasfibre.

COVID-19-krisen har set folk over hele verden hurtigt flytte deres arbejde og sociale liv online, og samfund har aldrig stolet mere på internettet. Det stadigt stigende antal Zoom-opkald og webinarer har fremhævet behovet for at blive ved med at fremme den teknologi, der har gjort dette muligt.

I mere end 50 år, optiske fibre lavet af silicaglas har været det foretrukne transmissionsmedium til optisk højhastighedskommunikation - som driver det globale internet og cloud-baserede tjenester, der bruges af husholdninger og virksomheder rundt om i verden. De bruges også til at registrere olie- og gasinstallationer, strukturel overvågning af jernbaner og broer, medicinske endoskoper og mange flere applikationer som en del af et globalt marked på $40 milliarder.

Imidlertid, på grund af "spredning" af lyset inde i glasset, en brøkdel af den transmitterede effekt går tabt, en proces kendt som dæmpning, og dette effekttab bliver mere og mere et problem, efterhånden som lysets bølgelængde forkortes. Dette højere transmissionstab gennem fiberen udgør en alvorlig begrænsning for ydeevnen af ​​alle applikationer, der kræver kortere bølgelængder.

I denne nye undersøgelse, udgivet i Naturkommunikation , forskere fra University of Southampton har vist, at styring af lys gennem luftfyldte fibre tilbyder en potentiel måde at overvinde denne uoverstigelige dæmpningsgrænse, der er sat af glassets spredning.

Et hold fra universitetets Optoelectronics Research Center (ORC) skabte tre forskellige hulkernefibre, med tab, der er sammenlignelige eller lavere end det, der opnås i faste glasfibre omkring teknologisk relevante bølgelængder på 660, 850 og 1, 060 nanometer. Den lavere dæmpning, i en fiber, der leder lyset gennem luften, giver mulighed for fremskridt inden for kvantekommunikation, datatransmission, og levering af laserenergi.

Professor Francesco Polettif fra ORC sagde, "Mange alternative glastyper og bølgelederteknologier er blevet undersøgt siden 1970'erne for at forsøge at løse dette problem, alt til ingen nytte."

"Vores resultater viser, at hulkernefibre har potentialet til at udkonkurrere de nuværende optiske fibre ved forskellige bølgelængder, der bruges i optisk teknologi i dag. Ikke alene har de lavere dæmpning, de kan også modstå højere laserintensiteter, som dem, der er nødvendige for at smelte sten og bore oliebrønde, samt producere mere effektive lasere til fremstilling."

Professor Poletti tilføjede, at de hule kernefibre også kan transmittere uforvrængede laserimpulser med spidseffektniveauer så høje, at de ville være ubrugelige, hvis de transmitteres af standardglasfibre, og bevare den polarisering af lys, der er nødvendig for at producere mere nøjagtige sensorer og billeddannelsesendoskoper.

De fibre, der er udviklet og rapporteret i papiret, er resultatet af over ti års forskning fra ORC i udvikling af Nested Antiresonant Nodeless Fibers (NANF'er), en speciel type hulkernefibre, der begrænser lyset i det centrale hulrum takket være tynde glasmembraner, der omgiver kernen. Deres første fibre havde dæmpninger på 5 decibel (dB), dvs. kun 30 % af lystransmissionen, for hver meter fiber. Ny fysisk forståelse med bidrag fra det verdensomspændende samfund, og væsentlig udvikling inden for fremstillingsteknologi ledet af Southampton-holdet, har nu fået en af ​​fibrene rapporteret i denne undersøgelse til at forbedre dette med en faktor 10, 000 ved at opnå en dæmpning på kun 5 dB hver 10. kilometer.

Professor Poletti fortsatte. "Den teknologi, vi udvikler, har potentialet til at understøtte udviklingen af ​​hurtigere datacentre med kortere forsinkelser for slutbrugeren, mere nøjagtige gyroskoper til interplanetariske missioner, mere effektiv laserbaseret fremstilling, for blot at nævne nogle få."

University of Southampton-teamet, der har opfundet og udviklet denne optiske fiberteknologi under finansiering fra ERC-projektet Lightpipe, fortsætter med at arbejde på at forbedre den optiske ydeevne af disse fibre, samtidig med at du producerer længere længder til en lavere pris.

Professor Sir David Payne, direktør for Optoelektronik Research Center, tilføjet, "Transmissionskapaciteten af ​​optiske fibre er så stor, at vi aldrig troede, vi ville nå det punkt, hvor vi ville bruge det hele op. Men i de sidste fem til ti år, vi har indset, at vi nu er tæt på at gøre netop det, og virkningen af ​​COVID-19 har accelereret dette yderligere. Det betyder, at vi ikke længere kan tilpasse konventionelle fibre for at udvinde mere kapacitet, men at vi skal ty til forhammer-tilgangen med at installere et stort antal nye fiberkabler. Dette er muligt, men øger omkostningerne.

"En hurtigere, mere pålideligt internet med større båndbredde ville hjælpe os med at opretholde vores nuværende niveau af online arbejde og socialt samvær og også gøre det muligt for os at tage dette videre inden for områder som 3-D videokonferencer og virtual reality."

Professor Poletti sagde, "Vi er overbeviste om, at vi måske endelig har fundet en løsning med potentiale til at supplere, og i mange tilfælde, erstatte helt faste silicafibre, der har været grundpillen i hjemmet og kommercielt brug i et halvt århundrede."