Μια νέα κοίλη οπτική ίνα μειώνει πολύ το «θόρυβο» παρεμποδίζοντας τα σήματα που διαβιβάζει έναντι των single-mode ινών τώρα που χρησιμοποιούνται ευρέως, ερευνητές στο πανεπιστήμιο της έκθεσης του Ρότσεστερ.
Η αντι-ηχηρή ίνα κοίλος-πυρήνων, που δημιουργείται από τους ερευνητές στο πανεπιστήμιο της κεντρικής Φλώριδας, παράγει το χίλιες φορές λιγότερο «θόρυβο» — και τα χαμηλότερα επίπεδα που καταγράφονται πάντα την παρέμβαση που προκαλείται από από ακουστικά phonons που προκύπτουν από το γυαλί στην ίνα στις θερμοκρασίες δωματίου.
Για να τεκμηριώσουν αυτό, οι ερευνητές στο εργαστήριο του William Renninger, βοηθός καθηγητής της οπτικής, ανέπτυξαν μια ιδιαίτερα ευαίσθητη τεχνική μέτρησης. Τα συμπεράσματά τους αναφέρονται σε ένα έγγραφο που δημοσιεύεται APL Photonics.
«Είναι μια πολύ πολύτιμη ίνα, και παρά πολύ ενδιαφέρον για το από τους ερευνητές και μερικές επιχειρήσεις, καμία δεν είχε μελετήσει πραγματικά τη συμπεριφορά phonons που υποστηρίχθηκαν από τη δομή, και μέχρι ποιό σημείο μείωσε πραγματικά “το θόρυβο,” «λέει Renninger, ένας εμπειρογνώμονας στην πειραματική και θεωρητική μη γραμμική οπτική.
Τα συμπεράσματα του εργαστηρίου αποφασιστικά καταδεικνύουν ότι η ίνα είναι μια «πλατφόρμα υπόσχεσης για τις χαμηλού θορύβου εφαρμογές, όπως για την κβαντικές επεξεργασία και τις οπτικές επικοινωνίες πληροφοριών,» γράφουν το επιφανή συγγραφέα Arjun Iyer, ένας διαβαθμισμένος ερευνητικός συνεταίρος στο εργαστήριο Renninger.
Μια μοναδική απάντηση “στο θόρυβο”
«Ο θόρυβος» αναφέρεται σε οποιαδήποτε διαταραχή που καλύπτει ή αναστατώνει ένα σήμα που στέλνεται από το φως μέσω μιας οπτικής ίνας. Μια τέτοια διαταραχή προκαλείται από phonons — κβαντοποιημένα ακουστικά ή υγιή κύματα που εμφανίζονται σε ατομικό και υποατομικό επίπεδο, σε αυτήν την περίπτωση στο γυαλί μιας οπτικής ίνας.
Phonons αναγκάζουν μια ακτίνα του φωτός για «να διασκορπίσουν» από τα ακουστικά κύματα, που δημιουργούν τις ακτίνες θραυσμάτων των διαφορετικών συχνοτήτων, ή των χρωμάτων, που μπορούν να παρεμβουν με, και να μειώσουν την ενέργεια, την κύρια δέσμη. Ενώ μερικές μορφές διασποράς μπορούν να είναι χρήσιμες για τις συγκεκριμένες εφαρμογές, παρεμποδίζει τις κβαντικές εφαρμογές και ακόμη και τις βασικές οπτικές επικοινωνίες.
Ο θόρυβος μπορεί να μειωθεί με να δροσίσει τις ίνες εξαιρετικά - οι χαμηλές, κρυογόνες θερμοκρασίες, αλλά αυτή είναι «πολύ ακριβές και περίπλοκος,» Renninger λέει. Μια άλλη προσέγγιση είναι να προσπαθήσει να χρησιμοποιήσει τους περίπλοκους αλγορίθμους λάθος-διόρθωσης που διορθώνουν για το θόρυβο.
Η αντι-ηχηρή ίνα κοίλος-πυρήνων, εντούτοις, αντιπροσωπεύει μια απλή λύση που λειτουργεί ακόμη και στις θερμοκρασίες δωματίου. Δημιουργημένη από τον ομο-συντάκτη Rodrigo Amezcua Correa και άλλους ερευνητές σε CREOL, το κολλέγιο της οπτικής και Photonics στο πανεπιστήμιο της κεντρικής Φλώριδας, η ίνα χαρακτηρίζει μια μοναδική ρύθμιση επτά κοίλων τριχοειδών αγγείων που τακτοποιούνται γύρω από έναν κοίλο πυρήνα μέσα στην ίνα.
Αυτό οδηγεί στην ελάχιστη επικάλυψη μεταξύ του εξωτερικού στρώματος της ίνας του γυαλιού και του φωτός που ταξιδεύει μέσω του πυρήνα, που αποβάλλουν την παρέμβαση από ακουστικά phonons που προέρχονται από το γυαλί.
Οι δοκιμές από το εργαστήριο Renninger έδειξαν ότι η ρύθμιση είναι 10 φορές αποτελεσματικότερη στη μείωση του θορύβου από άλλα κοίλα σχέδια ινών. «Ο λίγος θόρυβος που αφήνεται προκαλείται από τα ακουστικά κύματα στον αέρα μέσα στην ίνα, έτσι εάν επρόκειτο να εκκενώσετε τον αέρα θα ήταν άλλες 100 φορές αποτελεσματικότερος,» Renninger λέει. «Θα είχατε απίστευτα χαμηλού θορύβου.»
«Εάν η μοίρα του κόσμου εξαρτήθηκε από τη μείωση του ακουστικού θορύβου στις οπτικές ίνες, αυτό είναι αυτό που θα θέλατε να χρησιμοποιήσετε.»
Αναφορά: «Υπερβολικά χαμηλή διασπορά Brillouin στις αντι-ηχηρές ίνες κοίλος-πυρήνων» από το Arjun Iyer, Wendao Xu, J. Enrique Antonio-Lopez, το Rodrigo Amezcua Correa και το William Χ. Renninger, στις 18 Σεπτεμβρίου 2020, APL Photonics.
DOI: 10.1063/5.0017796
Η μελέτη υποστηρίχθηκε με τη χρηματοδότηση από το ερευνητικό γραφείο στρατού και το βραβείο ΣΤΑΔΙΟΔΡΟΜΙΑΣ Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών Renninger.
Άλλα coauthors είναι Wendao Xu, ένας διαβαθμισμένος ερευνητικός συνεταίρος στο εργαστήριο Renninger, και ο Enrique Antonio-Lopez, ένας ερευνητικός επιστήμονας σε CREOL.