Vende optisk bølgefront eliminerer forvrængninger i multimodefibre

Brugen af ​​multimode optiske fibre til at øge informationskapaciteten på internettet er alvorligt hæmmet af forvrængninger, der opstår under transmissionen af ​​billeder på grund af et fænomen kaldet modal krydstale.

Imidlertid, University of Rochester forskere ved Institute of Optics har udtænkt en ny teknik, beskrevet i et papir i Naturkommunikation, at "vende" den optiske bølgefront af et billede for begge polarisationer samtidigt, så det kan transmitteres gennem en multimode fiber uden forvrængning. Forskere ved University of South Florida og ved University of Southern California samarbejdede om projektet.

Hovedforfatter Yiyu Zhou, en ph.d. kandidat i Rochester lab af Robert Boyd, professor i optik, drager en analogi til en flersporet motorvej i beskrivelsen af ​​den udfordring, forskerne stod over for.

"Naturligvis, en motorvej med flere spor er hurtigere end en enkelt vognbane, " siger Zhou. "Men hvis en kurer er tvunget til at skifte fra bane A til bane B, pakken bliver leveret til den forkerte destination. Når dette sker i en multimodefiber - når en rumlig tilstand er koblet til en anden under udbredelsen gennem fiberen - er det, hvad vi kalder modal krydstale. Og det vil vi gerne undertrykke."

Løsningen, som forskerne udtænkte, involverer digital forformning af bølgefronten og polarisering af en fremadgående signalstråle til at være fasekonjugatet af et hjælpeelement, bagud-udbredende sondestråle - i en eksperimentel realisering af vektoriel tidsvending.

"Når en optisk stråle med perfekte bølgefronter passerer gennem multimode fiberen, det kommer slemt forvrænget ud, "forklarer Boyd, som også er Canada Excellence Research Chair i Quantum N-linear Optics ved University of Ottawa.

"Hvis vi bruger et spejl til at sende bølgefronten tilbage, det vil blive endnu mere forvrænget. Men hvis vi i stedet reflekterer det fra et spejl, og vend også bølgefronten forfra og bagfra, forvrængningen fortrydes, når bølgerne går tilbage gennem det forvrængende medium. I særdeleshed, vi skal udføre denne procedure for begge polariseringer samtidigt, når det forvrængende medium er en lang multimode fiber."

Forskerne viser, at denne teknologi kan forbedre kanalkapaciteten i en 1 km lang multimode fiber.

"Vores teknik kan bruges til at realisere mode-division multiplexing over lang tid, standard multimode fibre til væsentligt at forbedre kanalkapaciteten af ​​optiske kommunikationsforbindelser, "Zhou siger." Det kan potentielt bruges til at øge internethastigheden med en eller to størrelsesordener. "

Teknikken kan også potentielt bruges til at forbedre endoskopi-billeddannelse af hjernen og andet biologisk væv, siger Zhou.