Användningen av multimode optiska fibrer för att öka informationskapaciteten på Internet är allvarligt hämmad av förvrängningar som uppstår under överföringen av bilder på grund av ett fenomen som kallas modal överhörning.

Dock, Forskare vid University of Rochester vid Institute of Optics har tagit fram en ny teknik, beskrivs i en tidning i Naturkommunikation, att "vända" den optiska vågfronten för en bild för båda polariseringarna samtidigt, så att den kan sändas genom en multimodfiber utan distorsion. Forskare vid University of South Florida och University of Southern California samarbetade i projektet.

Huvudförfattare Yiyu Zhou, en doktorsexamen kandidat i Rochester-labbet av Robert Boyd, professor i optik, drar en analogi till en flerfilig motorväg i beskrivningen av utmaningen som forskarna ställdes inför.

"Självklart, en motorväg med flera filer är snabbare än en enkelfil, "Säger Zhou." Men om en kurir tvingas byta från körfält A till körfält B, paketet kommer att levereras till fel destination. När detta händer i en multimodfiber – när ett rumsligt läge kopplas till ett annat under fortplantningen genom fibern – är det vad vi kallar modal överhörning. Och det vill vi undertrycka."

Lösningen som forskarna tog fram innebär att digitalt förforma vågfronten och polarisering av en framåtriktad signalstråle för att vara faskonjugatet av en hjälpanordning, bakåtförökande sondstråle-i en experimentell förverkligande av vektoriell tidsomvändning.

"När en optisk stråle med perfekta vågfronter passerar genom multimodfibern, det kommer ut väldigt förvrängt, "förklarar Boyd, som också är Canada Excellence Research Chair i Quantum Nolinear Optics vid University of Ottawa.

"Om vi ​​använder en spegel för att skicka tillbaka vågfronten, det kommer att bli ännu mer förvrängt. Men om vi istället reflekterar det från en spegel, och vänd också vågfronten framifrån till baksidan, distorsionen blir ogiltig när vågorna går tillbaka genom det distorsionsmediet. Särskilt, vi måste utföra denna procedur för båda polarisationerna samtidigt när det distorserande mediet är en lång multimodfiber."

Forskarna visar att denna teknik kan förbättra kanalkapaciteten i en 1 km lång multimodfiber.

"Vår teknik kan användas för att realisera mode-division multiplexing över långa, standard multimode fibrer för att avsevärt förbättra kanalkapaciteten för optiska kommunikationslänkar, " Zhou säger. "Det kan potentiellt användas för att öka internethastigheten med en eller två storleksordningar."

Tekniken kan också potentiellt användas för att förbättra endoskopiavbildning av hjärnan och andra biologiska vävnader, Säger Zhou.