Forskare från University of Southampton och Université Laval, Kanada, har framgångsrikt för första gången mätt bakåtreflektion i banbrytande ihåliga fibrer som är runt 10, 000 gånger lägre än konventionella optiska fibrer.

Denna upptäckt, publicerades denna vecka i Optical Societys flaggskepp Optica tidning, belyser ännu en optisk egenskap där fibrer med ihålig kärna kan överträffa standardoptiska fibrer.

Forskning om förbättrade optiska fibrer är nyckeln för att möjliggöra framsteg inom många fotoniska tillämpningar. Mest anmärkningsvärt, dessa skulle förbättra Internetprestandan som är starkt beroende av optiska fibrer för dataöverföring där nuvarande teknik börjar nå sina gränser.

En liten del av ljuset som sänds in i en optisk fiber reflekteras bakåt när det fortplantar sig, i en process som kallas backscattering. Denna bakåtspridning är ofta mycket oönskad eftersom den orsakar dämpning av signaler som fortplantar sig ner i den optiska fibern och begränsar prestandan hos många fiberbaserade enheter, såsom fiberoptiska gyroskop som navigerar flygplan, ubåtar och rymdfarkoster.

Dock, förmågan att på ett tillförlitligt och noggrant sätt mäta backscattering kan vara fördelaktigt i andra fall, såsom karakterisering av installerade fiberkablar där backscatter används för att övervaka tillståndet hos en kabel och identifiera platsen för eventuella brott längs dess längd.

Den senaste generationen av ihåliga kapslade antiresonanta nodlösa fibrer (NANF), som har varit pionjärer inom det Southampton-ledda forskningsprogrammet LightPipe och tillämpats på nya applikationsområden inom Airguide Photonics-programmet, uppvisa backspridning som är så låg att den fram till denna punkt förblev omätbar.

För att lösa denna utmaning, Forskare från Optoelectronics Research Center (ORC) vid University of Southampton slog sig samman med kollegor från Center for Optics, Fotonik och laser (COPL) vid Université Laval, Québec, som är specialiserade på forskning om högkänslig optisk instrumentering.

De utvecklade ett instrument som gjorde det möjligt för teamet att på ett tillförlitligt sätt mäta de extremt svaga signalerna som sprids tillbaka i de senaste ORC-tillverkade ihåliga fibrerna – vilket bekräftar att spridningen är över fyra storleksordningar lägre än i standardfibrer, i linje med teoretiska förväntningar.

Professor Radan Slavik, Chef för ORC:s Coherent Optical Signals Group, säger:"Jag är väldigt lyckligt lottad som får arbeta i ORC, där på lång sikt, världsledande forskning av mina design- och tillverkningskollegor har lett till de lägsta förlusten och längsta längderna ihåliga fibrer som någonsin gjorts. Mitt arbete har fokuserat på att mäta de unika egenskaperna hos dessa fibrer, vilket ofta är utmanande och kräver samarbeten med världsledande grupper inom mätning, såsom Storbritanniens National Physical Laboratory och instrumentering, som Université Laval."

Dr Eric Numkam Fokoua, som utförde den teoretiska analysen vid ORC för att stödja dessa resultat, säger:"Den experimentella bekräftelsen av vår teoretiska förutsägelse att backscattering är 10, 000 gånger mindre i våra senaste ihåliga fibrer än i standard helt glasfibrer visar deras överlägsenhet för många fiberoptiska tillämpningar.

"Dessutom, Möjligheten att mäta sådana låga backspridda signalnivåer är också avgörande vid utvecklingen av själva ihåliga fiberteknologin, genom att tillhandahålla en kritisk väg till distribuerad felsökning i tillverkade ihåliga fibrer och kablar efter behov för att driva framåt förbättringar i deras tillverkningsprocesser. Befintlig teknologi är helt enkelt inte tillräckligt känslig för att arbeta med dessa radikala nya fibrer och detta arbete visar en lösning på detta problem."