Meer dan 3,4 miljard mensen zijn aangesloten op het internet, steeds grotere vraag naar de telecomindustrie om grotere, betere en snellere bandbreedte voor gebruikers. Onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hebben een belangrijke stap gezet in het aanpakken van die behoefte door een nieuw type optische vezelversterker te ontwikkelen die de informatiedragende capaciteit van glasvezelkabels mogelijk zou kunnen verdubbelen.

De meeste gegevens voor internet gaan over glasvezelkabels, die bestaan ​​uit bundels draden die laserlicht doorlaten. Naarmate de vezel langer wordt, echter, vermogen gaat verloren door demping. Eind jaren 80 en begin jaren 90 onderzoekers ontdekten dat ze dit verlies konden beperken door inline glasvezelversterkers te ontwikkelen.

Destijds, lasers die werken op een golflengte van 1,3 micron, of 1, 300 nanometer (nm). Er werden geen optische versterkers ontwikkeld, echter, dat werkte goed in die regio. Onderzoekers konden een versterker van 1,55 micron ontwikkelen, of 1, 550 nm, dus lasertransmissiesystemen werden aangepast. Tegelijkertijd, ze ontdekten dat ze met inline optische versterkers veel verschillende lasers tegelijk konden versterken, een ontdekking die de informatiedragende capaciteit van een enkele optische vezel verhoogde van 155 megabits per seconde tot meer dan één terabit per seconde. Hoewel dit een enorme stijging was, het is nog een beperkte hoeveelheid informatie, veel kabels nodig om te verzenden.

Flits 25 jaar vooruit. Het Livermore-team werkte aan met neodymium gedoteerde optische vezellasers, die op 1 beginnen 330 nm (1,33 micron), 1, 064 nm (1,064 micron) en 920 nm. Het team bouwde een op maat gemaakte optische vezel die laserstraling onderdrukte bij 1, 064 nm en versterkt licht bij voorkeur bij 920 nm. Tijdens het testen van de 920-nm laser, het team observeerde in de fluorescerende spectra dat de vezel ook tekenen van amplificatie vertoonde bij 1, 400-1, 450 nm - een golflengte die nooit eerder werkte.

Eerdere glasvezelversterkers onderdrukten lasering niet bij 1, 064 nm en bleken ook te lijden aan een effect dat bekend staat als absorptie in de aangeslagen toestand in de 1, 330 nm-regio. Dit effect zorgt ervoor dat het vezelverlies toeneemt wanneer pomplicht wordt toegepast - het tegenovergestelde van het gewenste effect, dat is om optische winst te genereren.

Het team heeft vervolgens de vezel opnieuw ontworpen om laseractie bij beide 1 te onderdrukken. 064nm en 920nm. Deze nieuwe vezel, die het potentieel voor laseren bij 920 nm of 1 volledig elimineert 064nm, kan nu alleen winst opleveren op de 1, 330 nm laserovergang. Absorptie in opgewonden toestand sluit amplificatie nog steeds uit bij 1 330 nm, maar de laserlijn versterkt het licht over een groot aantal golflengten.

Het team ontdekte dat vanaf 1 390 nm naar 1, 460 nm is er een significante positieve optische winst, en deze nieuwe vezel genereert laservermogen en optische versterking met relatief goede efficiëntie. Deze ontdekking opent het potentieel voor geïnstalleerde optische vezels om te werken in een transmissiegebied dat bekend staat als E-band, naast de C- en L-banden waar ze momenteel actief zijn, waardoor het informatiedragende potentieel van een enkele optische vezel effectief wordt verdubbeld.

"Het belangrijkste ontbrekende onderdeel voor het exploiteren van een telecomnetwerk in dit golflengtegebied is de optische vezelversterker, " zei Jay Dawson, plaatsvervangend programmadirecteur voor DoD Technologies in het NIF en Photon Science Directorate. "Wat we hebben gedaan, is in feite iets creëren dat eruitziet en aanvoelt als een conventionele erbiumvezelversterker, maar in een aangrenzend golflengtegebied, verdubbeling van het draagvermogen van een glasvezelversterker."

De versterkers zouden telecombedrijven mogelijk in staat stellen meer gebruik te maken van hun geïnstalleerde apparatuur, waarvoor minder kapitaalinvesteringen nodig zijn dan voor nieuwe kabel, wat resulteert in grotere bandbreedte en lagere kosten voor de eindgebruiker. Installatie van nieuwe kabel is duur; een dienstverlener moet niet alleen nieuwe kabels aanschaffen, maar ondergaan ook de hoge kosten van het graven van sleuven om de nieuwe kabel te installeren.

"Door de vezel te gebruiken die we hebben ontwikkeld, je zou een set glasvezelversterkers kunnen bouwen die qua technologie vrijwel identiek zouden zijn aan de al bestaande glasvezelversterkers, " zei Dawson. "In plaats van nog een dure kabel te moeten leggen, je zou deze nieuwe versterkers in dezelfde gebouwen kunnen installeren als de huidige versterkers, wat resulteert in twee keer zoveel bandbreedte op de huidige kabels."

"Naar mij, dat is het spannende eraan, "voegde hij eraan toe. "Het is iets dat niemand eerder heeft kunnen doen, en het potentieel is er om echt een groot verschil te maken."

"Dit bleek een belangrijke ontdekking te zijn die een probleem in de telecommunicatie-industrie zou kunnen oplossen. wat een grote en belangrijke markt is, maar er was meer R&D nodig, " zei Michael Sharer, IPO-manager voor de commercialisering van technologie. "Het IDF-comité was van mening dat dit vanuit dit standpunt een belangrijk project was om te financieren."