Исследователи разработали метод подавления обратного рассеяния, улучшающий оптическую передачу данных

Университет Иллинойс в Урбане-Шампейне, Шампейн, штат Иллинойс

Инженеры Университета Иллинойс нашли способ перенаправлять несоответствующие световые волны для снижения потерь энергии во время оптической передачи данных. В исследовании исследователи использовали взаимодействие между световыми и звуковыми волнами для подавления рассеяния света от материальных дефектов — что может привести к улучшению волоконно-оптической коммуникации.

Профессор механической науки и инженерии Гаурав Бахл, слева, и аспирант Сынхви Ким подтвердили, что обратные рассеянные световые волны могут быть подавлены для снижения потерь данных в оптических коммуникационных системах. (Фото любезно предоставлено Джулии Стаклер)

Проблема рассеяния

Световые волны рассеиваются, когда они встречают препятствия, будь то трещина в окне или крошечный дефект в волоконно-оптическом кабеле. Большая часть этого света рассеивается вне системы, но часть рассеивается обратно к источнику — феномен, называемый обратным рассеянием. Всегда есть немного несовершенства и немного случайности в материалах, используемых в любой инженерной технологии. Например, самый идеальный оптический волокон, используемый для дальней передачи данных, все еще может иметь некоторые невидимые дефекты. Эти дефекты могут быть результатом производства, или они могут появиться со временем в результате тепловых и механических изменений материала. В конечном счете, такие дефекты устанавливают пределы производительности для любой оптической системы.

Несколько предыдущих исследований показали, что нежелательное обратное рассеяние может быть подавлено в специальных материалах, имеющих определенные магнитные свойства. Однако это не жизнеспособные варианты для сегодняшних оптических систем, использующих прозрачные, немарнитные материалы вроде кремния или кварцевого стекла. В новом исследовании исследователи использовали взаимодействие света со звуковыми волнами, вместо магнитных полей, для контроля обратного рассеяния.

Нарушение симметрии

Световые волны проходят через большинство материалов с одинаковой скоростью независимо от направления, будь то вперед или назад. Но, используя некоторые направленно-чувствительные опто-механические взаимодействия, исследователи способны нарушить эту симметрию и эффективно отключить обратное рассеяние. Это похоже на создание одностороннего зеркала. Блокируя обратное распространение световой волны, у нее некуда деться, когда она встречает рассеиватель, и нет другого варианта, кроме как продолжить движение вперед.

Для демонстрации этого феномена команда послала световые волны в крошечную сферу из кварцевого стекла, называемую микroresonator. Внутри свет движется по круговому пути как трасса для гонок, встречая дефекты в кварце снова и снова, усиливая эффект обратного рассеяния. Команда затем использовала второй лазерный луч для задействования взаимодействия свет-звук в обратном направлении только, блокируя возможность рассеяния света назад. То, что было бы потерянной энергией, продолжает двигаться вперед, несмотря на дефекты в резонаторе.

«Способность остановить обратное рассеяние значима, но часть света все равно теряется на боковом рассеянии, над которым ученые не имеют контроля», — сказал ведущий исследователь, профессор механической науки и инженерии Гаурав Бахл. «Прогресс, следовательно, очень тонок на этом этапе и полезен только на узкой полосе пропускания. Однако простое подтверждение того, что мы можем подавить обратное рассеяние в таком распространенном материале как кварцевое стекло, предполагает, что мы могли бы производить лучшие волоконно-оптические кабели или даже продолжать использовать старые, поврежденные кабели, уже в службе на дне мировых океанов, вместо того чтобы заменять их».

Попытка эксперимента в волоконно-оптическом кабеле будет следующим шагом в показе, что этот феномен возможен на полосах пропускания, требуемых в волоконно-оптических коммуникациях. «Принцип, который мы исследовали, был виден раньше», — сказал Бахл. «Настоящая история здесь в том, что мы подтвердили, что обратное рассеяние может быть подавлено в чем-то таком простом как стекло, используя опто-механическое взаимодействие, доступное в каждом оптическом материале. Мы надеемся, что другие исследователи изучат этот феномен в их оптических системах также, для дальнейшего продвижения технологии».

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Гауравом Бахлом по адресу: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it..