De volgende generatie optische vezels zou een stap dichterbij kunnen komen, aangezien een nieuwe studie heeft aangetoond dat vezels met een uitgehold centrum, opgericht in Southampton, zou het stroomverlies dat momenteel wordt ervaren in standaard glasvezels kunnen verminderen.

Door de COVID-19-crisis hebben mensen over de hele wereld hun werk en sociale leven snel online gezet en hebben gemeenschappen nooit meer op internet vertrouwd. Het steeds toenemende aantal Zoom-oproepen en webinars heeft de noodzaak benadrukt om de technologie die dit mogelijk heeft gemaakt, verder te ontwikkelen.

Al meer dan 50 jaar, optische vezels gemaakt van kwartsglas zijn het transmissiemedium bij uitstek voor optische communicatie met hoge snelheid, waardoor het wereldwijde internet en cloudgebaseerde diensten worden gebruikt die door huishoudens en bedrijven over de hele wereld worden gebruikt. Ze worden ook gebruikt voor het detecteren van olie- en gasinstallaties, structurele monitoring voor spoorwegen en bruggen, medische endoscopen en nog veel meer toepassingen als onderdeel van een wereldwijde markt van $40 miljard.

Echter, door "verstrooiing" van het licht in het glas, een fractie van het uitgezonden vermogen gaat verloren, een proces dat bekend staat als verzwakking, en dit vermogensverlies wordt een steeds groter probleem naarmate de golflengte van het licht korter wordt. Dit hogere transmissieverlies door de vezel vormt een ernstige beperking voor de prestaties van alle toepassingen die kortere golflengten vereisen.

In deze nieuwe studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie , onderzoekers van de Universiteit van Southampton hebben aangetoond dat het geleiden van licht door met lucht gevulde vezels een mogelijke manier biedt om deze onoverkomelijke verzwakkingslimiet die door de verstrooiing van het glas wordt bepaald, te overwinnen.

Een team van het Optoelectronics Research Center (ORC) van de universiteit heeft drie verschillende holle kernvezels gemaakt, met verliezen die vergelijkbaar zijn met of lager zijn dan die welke worden bereikt in vaste glasvezels rond technologisch relevante golflengten van 660, 850 en 1, 060 nanometer. De lagere demping, in een vezel die licht door de lucht geleidt, biedt het potentieel voor vooruitgang in kwantumcommunicatie, dataoverdracht, en laservermogen.

Professor Francesco Poletti van de ORC zei:"Sinds de jaren 70 zijn er veel alternatieve glassoorten en golfgeleidertechnologieën onderzocht om dit probleem op te lossen. allemaal tevergeefs."

"Onze bevindingen tonen aan dat holle kernvezels het potentieel hebben om beter te presteren dan de huidige optische vezels bij verschillende golflengten die tegenwoordig in optische technologie worden gebruikt. Ze hebben niet alleen een lagere demping, ze zijn ook bestand tegen hogere laserintensiteiten, zoals die nodig zijn om rotsen te smelten en oliebronnen te boren, en produceren efficiëntere lasers voor productie."

Professor Poletti voegde eraan toe dat de holle kernvezels ook onvervormde laserpulsen kunnen uitzenden met zo hoge piekvermogensniveaus dat ze onbruikbaar zouden zijn als ze door standaard glasvezels zouden worden uitgezonden. en behoud de polarisatie van licht die nodig is om nauwkeurigere sensoren en beeldvormende endoscopen te produceren.

De vezels die zijn ontwikkeld en gerapporteerd in het artikel zijn het resultaat van meer dan tien jaar onderzoek door de ORC bij de ontwikkeling van Nested Antiresonant Nodeless Fibers (NANF's), een speciaal type holle kernvezels die het licht in de centrale holte opsluiten dankzij dunne glasmembranen die de kern omringen. Hun eerste vezels hadden een demping van 5 decibel (dB), d.w.z. slechts 30% van de lichttransmissie, voor elke meter vezel. Nieuw fysiek begrip met bijdragen van de wereldwijde gemeenschap, en substantiële ontwikkeling in fabricagetechnologie geleid door het Southampton-team, hebben er nu toe geleid dat een van de vezels die in dit onderzoek zijn gerapporteerd, dit met een factor 10 heeft verbeterd, 000 door een demping van slechts 5 dB per 10 kilometer te bereiken.

Professor Poletti vervolgde. "De technologie die we ontwikkelen heeft het potentieel om de ontwikkeling van snellere datacenters met kortere vertragingen voor de eindgebruiker te ondersteunen, nauwkeurigere gyroscopen voor interplanetaire missies, efficiëntere op laser gebaseerde productie, er enkele noemen."

Het team van de University of Southampton dat deze glasvezeltechnologie heeft uitgevonden en ontwikkeld met financiering van het ERC-project Lightpipe, blijft werken aan het verbeteren van de optische prestaties van deze vezels, terwijl het produceren van langere lengtes tegen lagere kosten.

Professor Sir David Payne, directeur van het Optoelectronics Research Center, toegevoegd, "De transmissiecapaciteit van optische vezels is zo groot dat we nooit hadden gedacht dat we het punt zouden bereiken waarop we het allemaal zouden opgebruiken. Maar in de afgelopen vijf tot tien jaar, we hebben ons gerealiseerd dat we dat nu bijna doen en de impact van COVID-19 heeft dit verder versneld. Dit betekent dat we conventionele vezels niet langer kunnen tweaken om meer capaciteit te ontginnen, maar onze toevlucht moeten nemen tot de voorhamerbenadering van het installeren van enorme aantallen nieuwe glasvezelkabels. Dit is mogelijk, maar drijft de kosten op.

"Een snellere, betrouwbaarder internet met grotere bandbreedte zou ons helpen ons huidige niveau van online werk en sociale contacten te behouden en ons ook in staat te stellen dit verder te brengen op gebieden als 3D-videoconferenties en virtual reality."

Professor Poletti zei:"We zijn ervan overtuigd dat we misschien eindelijk een oplossing hebben gevonden die een aanvulling kan vormen, en in veel gevallen vervangen volledig vaste silicavezels die al een halve eeuw de steunpilaar zijn in huishoudelijke en commerciële toepassingen."