俄罗斯和芬兰的研究人员合作进行一项概念验证计划,进一步扩展具有较大纤芯直径的多模光纤用途;研究人员采用高功率雷射与非等向性材料,期望开发出可在光传输时保持同调性(coherence)的光纤。保持光的同调性是实现量子计算机与传感器网络的必要条件,同时还有助于多模光纤在更远程通讯应用中取代昂贵的单模光纤。

研究人员们在光学学会(Optical Society;OSA)的期刊《Optics Express》上发表他们的研究成果。

光纤是现代通讯的骨干。单模光纤由于具有可靠性,在长距离应用中占主导地位;但这种光纤的内径仅10微米(us),且十分昂贵。较低成本的多模光纤内径宽达100us,目前主要用于短距离通讯,一般可支持1,000公尺距离、1-Gbit/s的传输速度。

研究人员正致力于扩展多模光纤的实用性,不仅用于取代单模光纤实现长距离通讯,还可实现量子计算机,以及打造仅需要很少或无需电源执行的分布式传感器网络。 20170721_Fiber_NT01P1 图1:输出光束中的光辐射强度横向分布模式 (数据源:MIPT)

来自莫斯科物理技术学院(MIPT)、俄罗斯科学院的Kotelnikov无线工程与电子研究所(IRE RAS),以及芬兰坦佩雷理工大学(Tampere University of Technology)光电研究中心的研究人员们共同投入了这项同调性多模光纤的概念验证研究。主导该研究计划的IRE RAS总监、MIPT固态物理学、放射性物理学和应用信息技术副主任Sergey Nikitov表示,“量子计算机可能是其中的一种应用;然而,在这项研究中,我们的目的在于探索高功率应用,由于非线性的流程,我们可在其中一根光纤内提高不同光波的功率,并观察其结果。”

除了Sergey Nikitov,其他共同作者还包括MIPT教授兼IRE RAS和俄罗斯量子中心资深研究科学家Vasily Ustimchik,以及坦佩雷荣誉教授Jorma Rissanen,他还曾经是IEEE Richard W. Hamming Medal的获奖人。

可保持同调性的光纤比半导体传感器更具有优势,因为他们几乎不需要电力,就能处理来自分布式传感器系统无法发挥作用的结果。此外,这些光纤不仅可用于高功率的雷射系统,还可作为传感器,因为偏振特性的变化来自于其准确感测环境引起的变化。

保护光纤具有优于半导体传感器的优点,因为它们几乎不需要电力,并可以处理来自分布式传感器系统的结果。它们不仅可用在高功率激光系统中,而且作为传感器的用途来自观察到的事实,即它们的极化特性的变化使得能够准确地感测由环境因素引起的变化。 20170721_Fiber_NT01P2 图2:图中显示沿着三个锥形光纤长度的外部保护层直径(左侧)及其芯径(右侧)。插图显示非等向性光纤结构的横截面;该光纤是由纤芯、椭圆形内部保护层和外部保护层共同组成。 (数据源:MIPT)

光纤雷射采用光学谐振器来回反射光线,从而引发雷射作用。目前,这种激光器仅完全使用基本模式(图1的左上方),将功率限制在10nm光纤可承载的范围。增加大型激光器的传输功率,导致光纤的折射率发生不受控制的变异,从而造成寄生非线性效应。俄罗斯和芬兰的研究人员采用的解决方法是改变纤芯和内部保护层(图2)。

俄罗斯和芬兰的研究人员采用该技术证实了这个概念:透过高功率雷射传输的能量,有不到1%在100us光纤中损耗掉。研究人员藉由为大型光纤的非等向性(表示它只在长度方向传播,因为内部保护层是椭圆形的)制作内部保护层,完整地保留了光纤的偏振特性。

编译:Susan Hong

本文授权编译自EE Times,版权所有,谢绝转载

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