science >> Wetenschap >  >> Fysica

Holle-kernvezel verhoogt de vooruitzichten voor wetenschappelijke instrumenten van de volgende generatie

NANF polarisatie vasthouden. Krediet:Universiteit van Southampton

De nieuwste ontwikkelingen van de nieuwe vezels, deze week gepubliceerd in Natuurfotonica , hebben het potentieel van de technologie voor optische interferometrische systemen en sensoren van de volgende generatie onderstreept.

Optische vezels met holle kern combineren de propagatieprestaties in de vrije ruimte van de meest geavanceerde interferometers met de lengteschalen van moderne optische vezels door licht rond bochten in een met lucht of vacuüm gevulde kern te leiden.

Onderzoekers werken samen met industriepartners, samenwerken met het National Physical Laboratory en gebruikmaken van een Brits netwerk in het Airguide Photonics-programma om de impact van de ontdekking verder uit te breiden.

Professor Francesco Poletti, Hoofd van de Hollow Core Fiber Group, zegt:"Door het glas uit het midden van de vezel te verwijderen, we hebben ook de fysieke mechanismen geëlimineerd waarmee de polarisatiezuiverheid van een ingangsbundel kan worden verslechterd. Als resultaat, onze vezels bieden kwaliteiten die een paradigmaverschuiving vertegenwoordigen naar een enorme sprong in prestaties.

"Met een demping van slechts 0,28 dB/km en het vooruitzicht om binnenkort niveaus te bereiken die mogelijk onder de Rayleigh-verstrooiingslimiet van conventionele vezels liggen, dergelijke golfgeleidende structuren zouden binnenkort vacuümachtige geleidingszuiverheid en ongevoeligheid voor het milieu kunnen bieden bij op maat gemaakte golflengten en over honderden kilometers voor de volgende generatie fotonica-enabled wetenschappelijke instrumenten."

Het voortplanten van lichtgolven met behoud van al hun essentiële eigenschappen is een fundamentele zorg voor alle toepassingen die licht gebruiken om de omgeving te voelen of om gegevens en stroom over te dragen. Hoogwaardige interferometers, gyroscopen en frequentiekammen gebruiken de golflengte van licht als een miniatuurliniaal om afstanden te meten, rotatiesnelheid en tijd met ongelooflijk nauwkeurige precisie. Ze vertrouwen allemaal op de transmissie van lichtstralen met de hoogst mogelijke ruimtelijke, spectrale en polarisatiezuiverheid.

Om de best mogelijke prestaties te bereiken, wetenschappers moeten momenteel licht door de vrije ruimte in een vacuüm verspreiden, zoals bijvoorbeeld in de 4 km-armen van de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in de VS. Echter, deze geavanceerde interferometers zijn extreem duur en vaak onpraktisch op zelfs veel kortere lengteschalen. Optische glasvezels bieden een pragmatischer en draagbaarder alternatief in detectietechnologieën, maar verslechteren de polarisatiezuiverheid en lijden aan nadelige niet-lineaire effecten.

Holle-kernvezels overwinnen al deze uitdagingen om het potentieel van optische interferometrische systemen en sensoren te vergroten, bijvoorbeeld binnen optische gyroscopen die de kern vormen van traagheidsnavigatiesystemen of voor de flexibele levering en coherente combinatie van intense gepolariseerde straling voor de volgende generatie MegaWatt-lasers.

Dit laatste onderzoek in Southampton werd gesponsord door het door de Europese Unie gefinancierde LightPipe Project, die voortbouwt op tientallen jaren werk in het gerenommeerde Optoelectronics Research Centre van het Zepler Institute.

Het centrum en zijn directeur, professor Sir David Payne, hebben een leidende rol gespeeld bij de ontwikkeling van optische vezeltechnologie voor toepassingen die controle van de polarisatietoestanden van licht vereisen. Werk op dit gebied leidde ook tot de oprichting van spin-outbedrijf Fibercore, die zich heeft gevestigd als wereldmarktleider in de productie van polarisatiebehoudende optische vezels.

Professor Sir David Payne, zei, "Er zijn talloze toepassingen in de optica die strikte polarisatiecontrole vereisen, zoals wanneer twee bundels interfereren om kleine veranderingen veroorzaakt door zwaartekrachtgolven waar te nemen, of rotatiedetectie in fibergyroscopen. De ideale manier om licht te transporteren is in een optische vezel, maar dat leidt normaal gesproken tot een onzekere, zwervende polarisatietoestand en drift in de sensor. Het is een grote verrassing om te ontdekken dat bepaalde soorten holle kernvezels een stabiele polarisatie over lange afstanden kunnen behouden en deze waarneming zal een enorme impact hebben op optische sensoren van de volgende generatie.

"Hollow-core vezels blijven ons verbazen op manieren die lijken alsof de vezel er niet was - net als een vacuüm zonder diffractie."