محققان دانشگاه روچستر گزارش دادند که یک فیبر نوری توخالی جدید تا حد زیادی "نویز" را کاهش می دهد که با سیگنال هایی که ارسال می کند، در مقایسه با فیبرهای تک حالته که اکنون به طور گسترده استفاده می شود، کاهش می دهد.
فیبر هسته توخالی ضد رزونانس که توسط محققان دانشگاه فلوریدا مرکزی ایجاد شده است، هزار بار کمتر "صدای" تولید می کند - و کمترین سطحی را که تا به حال از تداخل ناشی از فونون های صوتی ناشی از شیشه در فیبر در دمای اتاق به ثبت رسیده است. .
برای مستندسازی این موضوع، محققان در آزمایشگاه ویلیام رنینگر، استادیار اپتیک، یک تکنیک اندازه‌گیری بسیار حساس را توسعه دادند.یافته‌های آن‌ها در مقاله‌ای منتشر شده استAPL Photonics.
رنینگر می‌گوید: «این یک فیبر بسیار ارزشمند است، و علی‌رغم علاقه‌ی فراوان محققان و برخی شرکت‌ها به آن، هیچ‌کس واقعاً رفتار فونون‌های پشتیبانی شده توسط ساختار را مطالعه نکرده بود و تا چه اندازه باعث کاهش نویز می‌شود.» متخصص اپتیک غیرخطی تجربی و نظری.
Arjun Iyer، نویسنده ارشد، محقق ارشد در آزمایشگاه Renninger می نویسد: یافته های آزمایشگاه به طور قطعی نشان می دهد که فیبر یک پلت فرم امیدوارکننده برای کاربردهای کم نویز، مانند پردازش اطلاعات کوانتومی و ارتباطات نوری است.
پاسخی منحصر به فرد به "نویز"
"نویز" به هر اختلالی اشاره دارد که سیگنال ارسال شده توسط نور از طریق فیبر نوری را مخفی کند یا مختل کند.یکی از این اختلالات توسط فونون ها ایجاد می شود - امواج صوتی یا صوتی کوانتیزه شده که در سطوح اتمی و زیر اتمی، در این مورد در شیشه فیبر نوری رخ می دهد.
فونون ها باعث می شوند یک پرتو نور از امواج صوتی "پراکنده" شود و پرتوهای شکافی با فرکانس ها یا رنگ های مختلف ایجاد کند که می تواند با پرتو اصلی تداخل کند و انرژی آن را کاهش دهد.در حالی که برخی از اشکال پراکندگی می توانند برای کاربردهای خاص مفید باشند، اما با کاربردهای کوانتومی و حتی ارتباطات نوری اولیه تداخل دارند.
رنینگر می گوید: نویز را می توان با خنک کردن الیاف تا دمای بسیار پایین و برودتی کاهش داد، اما این بسیار گران و پیچیده است.روش دیگر تلاش برای استفاده از الگوریتم های پیچیده تصحیح خطا برای تصحیح نویز است.
فیبر توخالی ضد تشدید، با این حال، یک راه حل ساده است که حتی در دمای اتاق نیز کار می کند.این فیبر که توسط یکی از نویسندگان، رودریگو آمزکوآ کوریا و سایر محققان در CREOL، کالج اپتیک و فوتونیک در دانشگاه فلوریدا مرکزی ایجاد شده است، دارای آرایش منحصر به فردی از هفت مویرگ توخالی است که در اطراف یک هسته توخالی در داخل فیبر قرار گرفته اند.
این منجر به حداقل همپوشانی بین لایه بیرونی شیشه فیبر و نوری که از هسته عبور می‌کند، تداخل صداهای آکوستیک ناشی از شیشه را حذف می‌کند.
آزمایش‌های آزمایشگاه رنینگر نشان داد که این چیدمان 10 برابر بیشتر از سایر طرح‌های فیبر توخالی در کاهش نویز مؤثر است.رنینگر می‌گوید: «صدای کمی که باقی می‌ماند ناشی از امواج صوتی در هوای داخل فیبر است، بنابراین اگر بخواهید هوا را تخلیه کنید 100 برابر مؤثرتر خواهد بود»."شما صدای بسیار کمی خواهید داشت."
"اگر سرنوشت جهان به کاهش نویز صوتی در فیبرهای نوری بستگی داشت، این همان چیزی است که می خواهید از آن استفاده کنید."
مرجع: "پراکندگی بریلوین بسیار کم در الیاف هسته توخالی ضد تشدید" توسط آرجون ایر، وندائو ژو، جی. انریکه آنتونیو-لوپز، رودریگو آمزکوآ کوریا و ویلیام اچ. رنینگر، 18 سپتامبر 2020،APL Photonics.
DOI: 10.1063/5.0017796
این مطالعه با بودجه دفتر تحقیقات ارتش و جایزه شغلی بنیاد ملی علوم Renninger پشتیبانی شد.
سایر نویسندگان همکار عبارتند از Wendao Xu، یک همکار تحقیقاتی فارغ التحصیل در آزمایشگاه Renninger، و انریکه آنتونیو-لوپز، یک دانشمند پژوهشی در CREOL.