Исследователи разрабатывают метод подавления обратного рассеяния, улучшающий передачу оптических данных

Университет Иллинойса в Урбана-Шампейн, Шампейн, Иллинойс

Инженеры из Университета Иллинойса нашли способ перенаправить несоответствующие световые волны, чтобы уменьшить потери энергии при оптической передаче данных. В ходе исследования ученые использовали взаимодействие света и звуковых волн для подавления рассеяния света дефектами материала, что могло привести к улучшению оптоволоконной связи.

Профессор механики и инженерии Гаурав Бахл (слева) и аспирант Сынхви Ким подтвердили, что обратно рассеянные световые волны можно подавить, чтобы уменьшить потери данных в системах оптической связи. (Фото любезно предоставлено Джулией Стэклер)

Световые волны рассеиваются, когда сталкиваются с препятствиями, будь то трещина в окне или крошечный дефект оптоволоконного кабеля. Большая часть этого света рассеивается за пределами системы, но некоторая часть рассеивается обратно к источнику — явление, называемое обратным рассеянием. В материалах, которые используются в любой инженерной технологии, всегда есть немного несовершенства и немного случайности. Например, самое совершенное оптическое волокно, используемое для передачи данных на большие расстояния, все же может иметь некоторые невидимые недостатки. Эти дефекты могут быть результатом производства или появиться со временем в результате термических и механических изменений материала. В конечном итоге такие недостатки ограничивают производительность любой оптической системы.

Несколько предыдущих исследований показали, что нежелательное обратное рассеяние можно подавить с помощью специальных материалов, обладающих определенными магнитными свойствами. Однако это нежизнеспособные варианты для современных оптических систем, в которых используются прозрачные немагнитные материалы, такие как кремний или кварцевое стекло. В новом исследовании ученые использовали взаимодействие света со звуковыми волнами вместо магнитных полей для управления обратным рассеянием.

Световые волны распространяются через большинство материалов с одинаковой скоростью независимо от направления, будь то вперед или назад. Но, используя некоторые чувствительные к направлению оптико-механические взаимодействия, исследователи могут нарушить эту симметрию и эффективно остановить обратное рассеяние. Это похоже на создание одностороннего зеркала. Блокируя обратное распространение световой волны, ей некуда идти, когда она сталкивается с рассеивателем, и у нее нет другого выбора, кроме как продолжать движение вперед.

Чтобы продемонстрировать это явление, команда направила световые волны в крошечную сферу из кварцевого стекла, называемую микрорезонатором. Внутри свет движется по круговой траектории, подобно гоночной трассе, снова и снова сталкиваясь с дефектами кремнезема, усиливая эффект обратного рассеяния. Затем команда использовала второй лазерный луч, чтобы задействовать взаимодействие света и звука только в обратном направлении, блокируя возможность рассеяния света назад. То, что было бы потеряно, энергия продолжает двигаться вперед, несмотря на дефекты резонатора.

«Возможность остановить обратное рассеяние важна, но часть света все еще теряется из-за бокового рассеяния, которое ученые не могут контролировать», — сказал ведущий исследователь, профессор механики и техники Гаурав Бахл. "Поэтому на данном этапе этот прогресс очень тонкий и полезен только в узкой полосе пропускания. Однако простая проверка того, что мы можем подавить обратное рассеяние в таком распространенном материале, как кварцевое стекло, предполагает, что мы могли бы производить более качественные оптоволоконные кабели или даже продолжать использовать старый, поврежденный кабель, уже находящийся в эксплуатации на дне мирового океана, вместо того, чтобы заменять его".

Эксперимент с оптоволоконным кабелем станет следующим шагом в демонстрации того, что это явление возможно при той полосе пропускания, которая необходима для оптоволоконной связи. «Принцип, который мы исследовали, уже был замечен ранее», — сказал Баль. "Реальная история заключается в том, что мы подтвердили, что обратное рассеяние можно подавить в чем-то простом, например, в стекле, используя оптико-механическое взаимодействие, которое доступно в каждом оптическом материале. Мы надеемся, что другие исследователи также изучат это явление в своих оптических системах для дальнейшего развития технологии".

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Гауравом Бахлом по адресу:Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра у вас должен быть включен JavaScript.