Исследователи из Великобритании в области фотоники разработали новый тип полого волоконного оптического кабеля, который может передавать световые сигналы на 45% дальше, чем современные телекоммуникационные волокна, прежде чем потребуется усиление.
Учёные из Microsoft Azure Fiber и Саутгемптонского университета назвали это «прорывным результатом», который прокладывает путь к потенциальной революции в оптической связи.
Дальнейшие усовершенствования могут позволить создать более энергоэффективные оптические сети с беспрецедентной пропускной способностью.
«Мы сообщили о том, что считаем одним из наиболее значительных улучшений в технологии волноводов за последние 40 лет», — пишут исследователи в статье, опубликованной в журнале Nature Photonics.
Развитие оптических волокон с низкими потерями
Разработка оптических волокон с низкими потерями в 1970-х годах открыла новую эру цифровых коммуникаций, позволив создать глобальные телекоммуникационные сети и появление интернета.
С тех пор в этой области продолжаются исследования, направленные на то, чтобы оптические волокна могли передавать больше информации по более широким полосам пропускания, одновременно снижая затухание и увеличивая расстояние, на которое сигнал может пройти до того, как потребуется его усиление.
Однако «минимальное затухание» волокон из кварцевого стекла — потеря оптической мощности в кабеле на расстоянии 1 км — оставалось практически неизменным: с 0,154 дБ/км в 1985 году до 0,1396 дБ/км в 2024 году.
Это означает, что примерно половина света, передаваемого через оптическое волокно, теряется после прохождения расстояния около 20 км, что требует регулярного размещения оптических усилителей для передачи сигналов на большие расстояния.
Новый оптический волновод превосходит обычные оптические волокна как по потерям, так и по пропускной способности.
Вместо традиционного твёрдого сердечника из кварцевого стекла новый дизайн включает «сердечник из воздуха, окружённый тщательно разработанной микроструктурой стекла для направления света».
Свет передаётся в заполненной воздухом области, чтобы избежать рассеяния и поглощения, которые вызывают потерю мощности сигнала в волокнах из твёрдого стекла.
Результаты экспериментов
В лабораторных экспериментах команда показала, что свет с длиной волны 1550 нм — обычно используемый в оптической связи — затухает на 0,091 дБ/км в новом волокне.
Это затухание возрастает до 0,1 дБ/км для окна пропускания от 1481 нм до 1625 нм (18 ТГц).
«Не учитывая поглощение газами в сердцевине и не имеющее фундаментального происхождения, волокно направляет свет с затуханием менее 0,2 дБ/км от 1250 нм до 1730 нм (66 ТГц), что на 260% лучше, чем у нынешних телекоммуникационных волокон (25 ТГц)», — добавляют авторы.
Моделирование также предполагает, что более жёсткое волокно с более толстым внешним слоем покрытия и большим воздушным сердечником может обеспечить ещё более низкие потери сигнала, чем те, что указаны в исследовании.
По словам авторов, это потенциально может ознаменовать «новую эру в связи на большие расстояния, а также в дистанционной доставке лазерных лучей».
Однако для подтверждения этого необходимы дополнительные исследования.
«Мы уверены, что с достижениями в объёмах производства, геометрической согласованности и снижением присутствия поглощающих газов в сердцевине двойные вложенные антирезонансные безузловые полые волоконные волноводы утвердятся в качестве ключевой технологии», — заключают авторы.
«Эта инновация может стать основой для следующего технологического скачка в области передачи данных».