Ingenieurs van de Universiteit van Illinois hebben een manier gevonden om misfitte lichtgolven om te leiden om energieverlies tijdens optische gegevensoverdracht te verminderen. In een onderzoek, onderzoekers maakten gebruik van een interactie tussen licht- en geluidsgolven om de verstrooiing van licht door materiaaldefecten te onderdrukken, wat zou kunnen leiden tot verbeterde glasvezelcommunicatie. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift optiek .

Lichtgolven verstrooien wanneer ze obstakels tegenkomen, of het nu een barst in een raam is of een klein foutje in een glasvezelkabel. Veel van dat licht verstrooit het systeem, maar een deel ervan verstrooit terug naar de bron in een fenomeen dat terugverstrooiing wordt genoemd, aldus de onderzoekers.

"Er bestaat niet zoiets als een perfect materiaal, " zei professor werktuigbouwkunde en techniek Gaurav Bahl, die de studie leidde. "Er is altijd een beetje onvolmaaktheid en een beetje willekeur in de materialen die we gebruiken in elke technische technologie. Bijvoorbeeld, de meest perfecte optische vezel die wordt gebruikt voor gegevensoverdracht over lange afstanden, kan nog steeds enkele onzichtbare gebreken vertonen. Deze gebreken kunnen het gevolg zijn van fabricage, of ze kunnen na verloop van tijd verschijnen als gevolg van thermische en mechanische veranderingen aan het materiaal. uiteindelijk, dergelijke fouten bepalen de prestatielimieten voor elk optisch systeem."

Enkele eerdere onderzoeken hebben aangetoond dat ongewenste terugverstrooiing kan worden onderdrukt in speciale materialen die bepaalde magnetische eigenschappen hebben. Echter, dit zijn geen haalbare opties voor de huidige optische systemen die transparante, niet-magnetische materialen zoals silicium of silicaglas, Bahl zei:

In de nieuwe studie Bahl en afgestudeerde student Seunghwi Kim gebruikten een interactie van licht met geluidsgolven, in plaats van magnetische velden, terugverstrooiing te beheersen.

Lichtgolven reizen door de meeste materialen met dezelfde snelheid, ongeacht de richting, of het nu voorwaarts of achterwaarts is, zei Bahl. "Maar, door enkele richtingsgevoelige opto-mechanische interacties te gebruiken, we kunnen die symmetrie doorbreken en terugverstrooiing effectief uitschakelen. Het is als het creëren van een eenrichtingsspiegel. Door de achterwaartse voortplanting van een lichtgolf te blokkeren, het kan nergens heen als het een verstrooier tegenkomt, en geen andere optie dan door te gaan."

Om dit fenomeen aan te tonen, het team stuurde lichtgolven naar een kleine bol gemaakt van silicaglas, een microresonator genoemd. Binnenkant, het licht reist langs een cirkelvormig pad als een racebaan, keer op keer defecten in het silica tegenkomen, waardoor het terugverstrooiingseffect wordt versterkt. Het team gebruikte vervolgens een tweede laserstraal om de licht-geluid-interactie alleen in achterwaartse richting aan te gaan, het blokkeren van de mogelijkheid van lichtverstrooiing naar achteren. Wat verloren energie zou zijn, gaat verder, ondanks defecten in de resonator.

Het kunnen stoppen van de terugverstrooiing is belangrijk, maar een deel van het licht gaat nog steeds verloren door zijverstrooiing, waar wetenschappers geen controle over hebben, zei Bahl. "De opmars is in dit stadium dus heel subtiel en alleen nuttig over een smalle bandbreedte. simpelweg verifiëren dat we terugverstrooiing kunnen onderdrukken in een materiaal dat zo gewoon is als silicaglas, suggereert dat we betere optische glasvezelkabels kunnen produceren of zelfs oude, beschadigde kabel die al in gebruik is op de bodem van de wereldzeeën, in plaats van het te moeten vervangen."

Het uitproberen van het experiment met glasvezelkabel zal de volgende stap zijn om aan te tonen dat dit fenomeen mogelijk is bij de bandbreedtes die vereist zijn in glasvezelcommunicatie.

"Het principe dat we hebben onderzocht, is eerder gezien, " zei Bahl. "Het echte verhaal hier is dat we hebben bevestigd dat terugverstrooiing kan worden onderdrukt in zoiets eenvoudigs als glas, met behulp van een opto-mechanische interactie die beschikbaar is in elk optisch materiaal. We hopen dat andere onderzoekers dit fenomeen onderzoeken in hun optische systemen, ook, om de technologie verder te ontwikkelen."