Ingenjörer vid University of Illinois har hittat ett sätt att omdirigera felaktiga ljusvågor för att minska energiförlust under optisk dataöverföring. I en studie, forskare utnyttjade en interaktion mellan ljus och ljudvågor för att undertrycka spridning av ljus från materialfel - vilket kan leda till förbättrad fiberoptisk kommunikation. Deras resultat publiceras i tidskriften Optica .

Ljusvågor sprids när de stöter på hinder, vare sig det är en spricka i ett fönster eller en liten brist i en fiberoptisk kabel. Mycket av det ljuset sprids ut ur systemet, men en del av den sprider sig tillbaka mot källan i ett fenomen som kallas backscattering, sa forskarna.

"Det finns inget som heter ett perfekt material, "sade professor i mekanisk vetenskap och teknik Gaurav Bahl, som ledde studien. "Det finns alltid lite ofullkomlighet och lite slumpmässighet i de material som vi använder i någon konstruerad teknik. Till exempel, den mest perfekta optiska fibern som används för dataöverföring över långa avstånd kan fortfarande ha några osynliga brister. Dessa brister kan vara ett resultat av tillverkning, eller de kan dyka upp över tid som ett resultat av termiska och mekaniska förändringar av materialet. I sista hand, sådana brister sätter gränserna för prestanda för alla optiska system. "

Några tidigare studier har visat att oönskad backspridning kan undertryckas i speciella material som har vissa magnetiska egenskaper. Dock, dessa är inte lönsamma alternativ för dagens optiska system som använder transparenta, icke -magnetiska material som kisel eller kiseldioxidglas, Sa Bahl

I den nya studien, Bahl och doktoranden Seunghwi Kim använde en växelverkan mellan ljus och ljudvågor, istället för magnetfält, att kontrollera backscattering.

Ljusvågor färdas genom de flesta material med samma hastighet oavsett riktning, vare sig det är framåt eller bakåt, Sa Bahl. "Men, genom att använda några riktningskänsliga opto-mekaniska interaktioner, vi kan bryta den symmetrin och effektivt stänga av backscattering. Det är som att skapa en enkelriktad spegel. Genom att blockera bakåtspridningen av en ljusvåg, den har ingenstans att gå när den stöter på en spridare, och inget annat alternativ än att fortsätta framåt. "

För att demonstrera detta fenomen, laget skickade ljusvågor in i en liten sfär gjord av kiseldioxidglas, kallas en mikroresonator. Inuti, ljuset färdas längs en cirkulär väg som en tävlingsbana, stöter på defekter i kiseldioxid om och om igen, förstärker backscattering -effekten. Teamet använde sedan en andra laserstråle för att koppla in ljus-ljud-interaktionen endast bakåt, blockerar möjligheten att ljus sprids bakåt. Det som skulle ha gått förlorad energi fortsätter framåt, trots defekter i resonatorn.

Att kunna stoppa backscattering är viktigt, men en del av ljuset är fortfarande förlorat för sidospridning, som forskare inte har kontroll över, Sa Bahl. "Framsteget är därför mycket subtilt i detta skede och bara användbart över en smal bandbredd. Men helt enkelt att verifiera att vi kan undertrycka backspridning i ett så vanligt material som kiseldioxidglas tyder på att vi skulle kunna producera bättre fiberoptisk kabel eller till och med fortsätta använda gammalt, skadad kabel redan i drift vid botten av världshaven, istället för att behöva byta ut det. "

Att testa experimentet med fiberoptisk kabel kommer att vara nästa steg i att visa att detta fenomen är möjligt vid de bandbredder som krävs i optisk fiberkommunikation.

"Principen som vi utforskade har setts tidigare, "Sa Bahl." Den verkliga historien här är att vi har bekräftat att backscattering kan undertryckas i något så enkelt som glas, med hjälp av en opto-mekanisk interaktion som finns i alla optiska material. Vi hoppas att andra forskare undersöker detta fenomen i sina optiska system, också, för att vidareutveckla tekniken. "