I ett lovande genombrott för framtidens kommunikation, EPFL-forskare har utvecklat en teknik som kan förstärka ljuset i de senaste optiska fibrerna med ihålig kärna.

"Idén hade gått runt mitt huvud i ungefär 15 år, men jag hade aldrig tid eller resurser att göra något åt ​​det, "säger Luc Thévenaz, chefen för Fiberoptikgruppen vid EPFL:s Ingenjörshögskola. Nu, hans labb har utvecklat en teknik för att förstärka ljus inuti de senaste optiska fibrerna med ihålig kärna.

Kvadrera cirkeln

Dagens optiska fibrer har vanligtvis en solid glaskärna utan luft inuti. Ljus kan färdas längs fibrerna men tappar hälften av sin intensitet efter 15 kilometer. Den fortsätter att försvagas tills den knappt kan upptäckas vid 300 kilometer. Så för att hålla ljuset i rörelse, den måste förstärkas med jämna mellanrum.

Thévenaz tillvägagångssätt bygger på nya ihåliga optiska fibrer som är fyllda med antingen luft eller gas. "Luften betyder att det är mindre dämpning, så att ljuset kan färdas över en längre sträcka. Det är en riktig fördel, " säger professorn. Men i en tunn substans som luft, ljuset är svårare att förstärka. "Det är kärnan i problemet:Ljus färdas snabbare när det finns mindre motstånd, men samtidigt är det svårare att agera. Lyckligtvis, vår upptäckt har kvadrerat den cirkeln."

Från infrarött till ultraviolett

Så vad gjorde forskarna? "Vi lade precis till tryck på luften i fibern för att ge oss lite kontrollerat motstånd, " förklarar Fan Yang, postdoktorand. "Det fungerar på ett liknande sätt som en optisk pincett - luftmolekylerna komprimeras och formas till regelbundet åtskilda kluster. Detta skapar en ljudvåg som ökar i amplitud och effektivt diffrakterar ljuset från en kraftfull källa mot den försvagade strålen så att den förstärks upp till 100, 000 gånger. "Deras teknik gör ljuset betydligt kraftfullare." Vår teknik kan tillämpas på alla typer av ljus, från infrarött till ultraviolett, och till vilken gas som helst, " förklarar han. Deras resultat har just publicerats i Nature Photonics .

En extremt noggrann termometer

Går framåt, Tekniken skulle kunna tjäna andra syften utöver ljusförstärkning. Optiska fibrer med ihålig kärna eller komprimerad gas kan, till exempel, användas för att göra extremt noggranna termometrar. "Vi kommer att kunna mäta temperaturfördelningen när som helst längs fibern. Så om en brand börjar längs en tunnel, vi vet exakt var det började baserat på den ökade temperaturen vid en given punkt, " säger Flavien Gyger, Ph.D. studerande. Tekniken kan också användas för att skapa ett tillfälligt optiskt minne genom att stoppa ljuset i fibern i en mikrosekund – det är tio gånger längre än vad som är möjligt för närvarande.