Nowe światłowód pusty w środku znacznie zmniejsza „szum” zakłócający przesyłane sygnały w porównaniu z szeroko stosowanymi obecnie światłowodami jednomodowymi, donoszą naukowcy z University of Rochester.
Antyrezonansowe włókno o pustym rdzeniu, stworzone przez naukowców z University of Central Florida, wytwarza tysiąc razy mniej „szumów” — i najniższe kiedykolwiek zarejestrowane w wyniku zakłóceń powodowanych przez fonony akustyczne powstające ze szkła we włóknie w temperaturze pokojowej .
Aby to udokumentować, badacze w laboratorium Williama Renningera, docenta optyki, opracowali bardzo czułą technikę pomiarową.Ich odkrycia zostały przedstawione w artykule opublikowanym wFotonika APL.
„To bardzo cenne włókno i pomimo dużego zainteresowania nim ze strony naukowców i niektórych firm, nikt tak naprawdę nie badał zachowania fononów wspieranych przez strukturę i do jakiego stopnia faktycznie zmniejszało ono „szum” – mówi Renninger, ekspert w dziedzinie eksperymentalnej i teoretycznej optyki nieliniowej.
Odkrycia laboratorium jednoznacznie pokazują, że światłowód jest „obiecującą platformą do zastosowań o niskim poziomie szumów, takich jak kwantowe przetwarzanie informacji i komunikacja optyczna”, pisze naczelny autor Arjun Iyer, pracownik naukowy w laboratorium Renningera.
Unikalna odpowiedź na „hałas”
„Szum” odnosi się do wszelkich zakłóceń, które maskują lub zakłócają sygnał przesyłany przez światło przez światłowód.Jedno z takich zakłóceń jest spowodowane przez fonony — skwantowane fale akustyczne lub dźwiękowe, które występują na poziomie atomowym i subatomowym, w tym przypadku w szkle światłowodu.
Fonony powodują, że wiązka światła „rozprasza” fale akustyczne, tworząc odłamki o różnych częstotliwościach lub kolorach, które mogą zakłócać i zmniejszać energię wiązki głównej.Chociaż niektóre formy rozpraszania mogą być przydatne w określonych zastosowaniach, zakłócają one zastosowania kwantowe, a nawet podstawową komunikację optyczną.
Hałas można zmniejszyć, schładzając włókna do ekstremalnie niskich, kriogenicznych temperatur, ale jest to „bardzo drogie i skomplikowane”, mówi Renninger.Innym podejściem jest próba użycia skomplikowanych algorytmów korekcji błędów w celu skorygowania szumu.
Jednak antyrezonansowe włókno o pustym rdzeniu stanowi proste rozwiązanie, które działa nawet w temperaturze pokojowej.Stworzone przez współautora Rodrigo Amezcua Correę i innych naukowców z CREOL, College of Optics and Photonics na University of Central Florida, włókno ma unikalny układ siedmiu pustych naczyń włosowatych rozmieszczonych wokół pustego rdzenia wewnątrz włókna.
Skutkuje to minimalnym nakładaniem się zewnętrznej warstwy szkła włókna na światło przechodzące przez rdzeń, eliminując zakłócenia pochodzące od fononów akustycznych pochodzących ze szkła.
Testy przeprowadzone w laboratorium Renningera wykazały, że układ jest 10 razy skuteczniejszy w redukcji hałasu niż inne konstrukcje z pustymi włóknami.„Niewielki pozostały hałas jest spowodowany falami akustycznymi w powietrzu wewnątrz światłowodu, więc ewakuacja powietrza byłaby jeszcze 100 razy skuteczniejsza”, mówi Renninger.„Mógłbyś mieć niewiarygodnie niski poziom hałasu”.
„Gdyby losy świata zależały od zmniejszenia hałasu akustycznego w światłowodach, to właśnie tego chciałbyś użyć”.
Odniesienie: „Ultra-low Brillouin scattering in anti-resonant hollow-core fiber” Arjun Iyer, Wendao Xu, J. Enrique Antonio-Lopez, Rodrigo Amezcua Correa i William H. Renninger, 18 września 2020 r.,Fotonika APL.
DOI: 10.1063/5.0017796
Badanie zostało wsparte finansowaniem z Wojskowego Biura Badawczego oraz z nagrody CAREER przyznawanej przez National Science Foundation przez Renninger.
Inni współautorzy to Wendao Xu, pracownik naukowy w laboratorium Renningera i Enrique Antonio-Lopez, naukowiec z CREOL.