Mer än 3,4 miljarder människor är anslutna till Internet, ställa en allt större efterfrågan på telekomindustrin att tillhandahålla större, bättre och snabbare bandbredd till användare. Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskare har tagit ett viktigt steg för att ta itu med det behovet genom att utveckla en ny typ av optisk fiberförstärkare som potentiellt kan fördubbla den fiberoptiska kabelns informationsbärande kapacitet.

De flesta data för Internet färdas på fiberoptiska kablar, som består av buntar av trådar som överför laserljus. När fibern blir längre, dock, strömförlust på grund av dämpning. I slutet av 1980-talet och början av 90-talet, forskare upptäckte att de kunde mildra denna förlust genom att utveckla inline fiberoptiska förstärkare.

Just då, lasrar som drivs med en våglängd på 1,3 mikron, eller 1, 300 nanometer (nm). Inga optiska förstärkare utvecklades, dock, som fungerade bra i den regionen. Forskare kunde utveckla en förstärkare på 1,55 mikron, eller 1, 550 nm, så laseröverföringssystem ändrades för att matcha. På samma gång, de upptäckte att inline optiska förstärkare tillät dem att förstärka många olika lasrar samtidigt, en upptäckt som ökade informationsbärförmågan hos en enda optisk fiber från 155 megabit per sekund till mer än en terabit i sekunden. Även om detta var en enorm ökning, det är fortfarande en begränsad mängd information, kräver många kablar att överföra.

Flash framåt 25 år. Livermore-teamet arbetade med neodymdopade optiska fiberlasrar, som ligger vid 1, 330 nm (1,33 mikron), 1, 064 nm (1.064 mikron) och 920 nm. Teamet byggde en anpassad optisk fiber som undertryckte lasring vid 1, 064 nm och förstärkt ljus företrädesvis vid 920 nm. Under testandet av 920-nm-lasern, laget observerade i fluorescerande spektra att fibern också visade tecken på förstärkning vid 1, 400-1, 450 nm - en våglängd som aldrig fungerat tidigare.

Tidigare fiberförstärkare undertryckte inte lasning vid 1, 064 nm och observerades också ha en effekt som kallas absorption i exciterat tillstånd i 1, 330 nm-region. Denna effekt får faktiskt fiberförlusten att öka när pumpljuset appliceras - motsatsen till den önskade effekten, som ska generera optisk förstärkning.

Teamet gjorde sedan om fibern för att undertrycka laserverkan vid både 1, 064 nm och 920 nm. Denna nya fiber, vilket helt eliminerar potentialen för lasning vid 920 nm eller 1, 064 nm, kan nu bara ge vinst på 1, 330 nm laserövergång. Absorption i exciterat tillstånd utesluter fortfarande amplifiering vid 1, 330 nm, men laserlinjen förstärker ljus över ett stort antal våglängder.

Teamet upptäckte att från 1, 390 nm till 1, 460 nm finns en signifikant positiv optisk förstärkning, och denna nya fiber genererar laserkraft och optisk förstärkning med relativt god effektivitet. Denna upptäckt öppnar möjligheten för installerade optiska fibrer att fungera i ett överföringsområde som kallas E-band, förutom C- och L-banden där de för närvarande fungerar-fördubblar effektivt en enda optisk fibers informationsbärande potential.

"Den viktigaste komponenten som saknas för drift av ett telekomnät i denna våglängdsregion har varit den optiska fiberförstärkaren, "sa Jay Dawson, biträdande programdirektör för DoD Technologies i NIF och Photon Science Directorate. "Det vi har gjort är att effektivt skapa något som kommer att se ut och kännas som en konventionell erbiumfiberförstärkare, men i en angränsande våglängdsområde, fördubbla bärförmågan hos en optisk fiberförstärkare. "

Förstärkarna skulle möjligen göra det möjligt för telekomföretag att kraftfullare utnyttja sin installerade bas av utrustning, kräver mindre kapitalinvesteringar än ny kabel – vilket resulterar i utökad bandbredd och lägre kostnader för slutanvändaren. Installation av ny kabel är dyrt; en tjänsteleverantör får inte bara köpa nya kablar, men också genomgå den stora kostnaden för att gräva skyttegravar för att installera den nya kabeln.

"Genom att använda fibern som vi har utvecklat, du kan bygga en uppsättning optiska fiberförstärkare som skulle se praktiskt taget identiska ut i teknik till de fiberförstärkare som redan finns, "Sa Dawson." Istället för att behöva lägga en annan dyr kabel, du kan installera dessa nya förstärkare i samma byggnader som de nuvarande förstärkarna, vilket resulterar i dubbelt så mycket bandbredd på de nuvarande kablarna. "

"Till mig, det är det som är spännande med det, " tillade han. "Det är något som ingen tidigare har kunnat göra, och potentialen finns där för att verkligen göra en stor skillnad. "

"Detta verkade vara en betydande upptäckt som kan lösa ett problem inom telekommunikationsindustrin, som är en stor och viktig marknad, men mer FoU behövdes, "sade Michael Sharer, IPO -ansvarig för teknikmarknadsföring. "IDF -kommittén ansåg att detta var ett viktigt projekt att finansiera ur denna synvinkel."