保持光的同調性是實現(xiàn)量子電腦與感測器網(wǎng)路的必要條件，同時還有助于多模光纖在更遠程通訊應用中取代昂貴的單模光纖。
俄羅斯和芬蘭的研究人員合作進行一項概念驗證計劃，進一步擴展具有較大纖芯直徑的多模光纖用途；研究人員采用高功率雷射與非等向性材料，期望開發(fā)出可在光傳輸時保持同調性(coherence)的光纖。保持光的同調性是實現(xiàn)量子電腦與感測器網(wǎng)路的必要條件，同時還有助于多模光纖在更遠程通訊應用中取代昂貴的單模光纖。
研究人員們在光學學會(Optical Society；OSA)的期刊《Optics Express》上發(fā)表他們的研究成果。
光纖是現(xiàn)代通訊的骨干。單模光纖由于具有可靠性，在長距離應用中占主導地位；但這種光纖的內(nèi)徑僅10微米(um)，且十分昂貴。較低成本的多模光纖內(nèi)徑寬達100um，目前主要用于短距離通訊，一般可支援1,000公尺距離、1-Gbit/s的傳輸速度。
研究人員正致力于擴展多模光纖的實用性，不僅用于取代單模光纖實現(xiàn)長距離通訊，還可實現(xiàn)量子電腦，以及打造僅需要很少或無需電源執(zhí)行的分散式感測器網(wǎng)路。
來自莫斯科物理技術學院(MIPT)、俄羅斯科學院的Kotelnikov無線工程與電子研究所(IRE RAS)，以及芬蘭坦佩雷理工大學(Tampere University of Technology)光電研究中心的研究人員們共同投入了這項同調性多模光纖的概念驗證研究。主導該研究計劃的IRE RAS總監(jiān)、MIPT固態(tài)物理學、放射性物理學和應用資訊技術副主任Sergey Nikitov表示，「量子電腦可能是其中的一種應用；然而，在這項研究中，我們的目的在于探索高功率應用，由于非線性的流程，我們可在其中一根光纖內(nèi)提高不同光波的功率，并觀察其結果?！?/p>
除了Sergey Nikitov，其他共同作者還包括MIPT教授兼IRE RAS和俄羅斯量子中心資深研究科學家Vasily Ustimchik，以及坦佩雷榮譽教授Jorma Rissanen，他還曾經(jīng)是IEEE Richard W. Hamming Medal的獲獎人。
可保持同調性的光纖比半導體感測器更具有優(yōu)勢，因為他們幾乎不需要電力，就能處理來自分散式感測器系統(tǒng)無法發(fā)揮作用的結果。此外，這些光纖不僅可用于高功率的雷射系統(tǒng)，還可作為感測器，因為偏振特性的變化來自于其準確感測環(huán)境引起的變化。
保護光纖具有優(yōu)于半導體傳感器的優(yōu)點，因為它們幾乎不需要電力，并可以處理來自分布式傳感器系統(tǒng)的結果。它們不僅可用在高功率激光系統(tǒng)中，而且作為傳感器的用途來自觀察到的事實，即它們的極化特性的變化使得能夠準確地感測由環(huán)境因素引起的變化。
光纖雷射采用光學諧振器來回反射光線，從而引發(fā)雷射作用。目前，這種雷射器僅完全使用基本模式(圖1的左上方)，將功率限制在10nm光纖可承載的范圍。增加大型雷射器的傳輸功率，導致光纖的折射率發(fā)生不受控制的變異，從而造成寄生非線性效應。俄羅斯和芬蘭的研究人員采用的解決方法是改變纖芯和內(nèi)部保護層(圖2)。
俄羅斯和芬蘭的研究人員采用該技術證實了這個概念：透過高功率雷射傳輸?shù)哪芰浚胁坏?%在100um光纖中損耗掉。研究人員藉由為大型光纖的非等向性(表示它只在長度方向傳播，因為內(nèi)部保護層是橢圓形的)制作內(nèi)部保護層，完整地保留了光纖的偏振特性。
編譯：Susan Hong
參考原文：Expanding Optical Horizons，by R. Colin Johnson
文章來源:EET電子工程專輯
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標簽: 光纖 雷射