Новая технология оптических волокон может кардинально изменить телекоммуникационные системы, сделав интернет быстрее и эффективнее. Разработка, описанная в журнале Nature Photonics, заменяет традиционные тонкие стеклянные нити на систему стеклянных «трубочек» — пять малых цилиндров с двумя вложенными цилиндрами каждый, прикрепленных к внутреннему краю основного цилиндра.
Полые стеклянные трубки увеличат скорость передачи данных по интернету в 1000 раз
Исследователи из Университета Саутгемптона разработали принципиально новый тип полых оптических волокон, способных передавать данные на большие расстояния с минимальными потерями и в 1000 раз большей мощностью.
Обычные оптические волокна состоят из тонких прочных стеклянных проволок. Усовершенствование конструкции может позволить передавать больше данных на большие расстояния. Phillip Hayson/Science Photo Library
Световой сигнал в оптоволокне распространяется по принципу полного внутреннего отражения. Свет попадает в стеклянную сердцевину волокна под определенным углом и многократно отражается от границы с оболочкой, имеющей более низкий показатель преломления. Так световой импульс проходит по волокну на большие расстояния, сохраняя информацию в виде цифровых данных.
Волокна, содержащие полые стеклянные трубки, вложенные друг в друга, могут препятствовать выходу света.
Диаметр каждой трубки точно настроен таким образом, что пространство вмещает свет только определенных длин волн. Когда световой импульс подходящей длины волны идет через полую центральную щель, он остается там, а не рассеивается. «Мы считаем, что это все изменит», — говорит соавтор работы Франческо Полетти.
Трубки вместо нитей
Главное преимущество новых волокон в том, что свет движется на 45% быстрее через полые, заполненные воздухом трубки, чем через твердое стекло. Это критически важно для дата-центров, где скорость имеет первостепенное значение. Кроме того, новые волокна теряют половину света каждые 33 километра против 15 километров у обычных волокон, что позволит размещать станции усиления сигнала значительно дальше друг от друга.
a. Изображение поперечного сечения одного из трубчатого волокна, использованного для калибровки модели потерь, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа. Красным цветом показано автоматическое выделение краев трубчатых резонаторов. b. Измеренные потери в том же волокне и моделирование потерь на утечку, поверхностное рассеяние и микроизгиб. Общие смоделированные потери демонстрируют хорошее согласие с результатами измерений как в первом (справа), так и во втором (слева) антирезонансных окнах, несмотря на то, что в них доминируют разные механизмы.
Полые волокна могут передавать в 1000 раз большую мощность и работают в более широком спектре длин волн, включая одиночные фотоны видимого света для квантовых коммуникационных систем. Обычные волокна эффективны только на инфракрасных «телекоммуникационных длинах волн» около 1,5 микрометра. Производство трубчатого оптоволокна планирует развернуть стартап Lumenisity, уже купленный Microsoft.