Xavier Boyer
Une compréhension théorique de la relation entre la construction géométrique des fibres optiques à cœur creux et leur perte de fuite inspirera la conception de nouvelles fibres à faible perte.
D’immenses progrès ont été réalisés ces dernières années pour accroître l’efficacité des fibres optiques grâce à la conception de câbles permettant de transmettre les données à la fois plus rapidement et sur des bandes passantes moreover larges. Les additionally grandes améliorations ont été apportées dans le domaine des fibres à âme creuse – un kind de fibre qui est notoirement «fuyant» mais également essentiel pour de nombreuses programs.
Maintenant, pour la première fois, les scientifiques ont compris pourquoi certaines conceptions de fibres remplies d’air fonctionnent beaucoup in addition efficacement que d’autres.
L’énigme a été résolue par la récente doctorante Dr Leah Murphy et le professeur émérite David Bird du Heart for Photonics and Photonic Components de l’Université de Tub.
L’analyse théorique et informatique des chercheurs donne une explication claire d’un phénomène que d’autres physiciens ont observé dans la pratique : qu’une fibre optique à centre creux incorporant des filaments de verre dans sa conception provoque une perte de lumière ultra-faible lorsqu’elle se déplace de la resource à la destination.
Le Dr Murphy a déclaré : “Le travail est passionnant motor vehicle il ajoute une nouvelle viewpoint à une conversation de 20 ans sur la façon dont les fibres anti-résonnantes à noyau creux guident la lumière. Je suis vraiment optimiste que cela encouragera les chercheurs à essayer de nouveaux creux intéressants. -des conceptions de fibre de foundation où la perte de lumière est maintenue extremely-faible.”
La révolution des communications
Les fibres optiques ont transformé les communications ces dernières années, jouant un rôle vital en permettant l’énorme croissance de la transmission rapide de données. Les fibres spécialement conçues sont également devenues essentielles dans les domaines de l’imagerie, des lasers et de la détection (comme on le voit, par exemple, dans les capteurs de pression et de température utilisés dans des environnements difficiles).
Les meilleures fibres ont des propriétés étonnantes – par exemple, une impulsion de lumière peut parcourir plus de 50 km le prolonged d’une fibre de verre de silice typical et conserver encore as well as de 10 % de son intensité d’origine (un équivalent serait la capacité de voir à travers 50 km d’eau ).
Mais le fait que la lumière soit guidée à travers un matériau solide signifie que les fibres actuelles présentent certains inconvénients. Le verre de silice devient opaque lorsque la lumière qu’il tente de transmettre se situe dans les extrémités infrarouge moyen et ultraviolet du spectre électromagnétique. Cela signifie que les purposes qui ont besoin de lumière à ces longueurs d’onde (telles que la spectrométrie et les instruments utilisés par les astrophysiciens) ne peuvent pas utiliser de fibres normal.
De additionally, les impulsions lumineuses à haute intensité sont déformées dans les fibres regular et peuvent même détruire la fibre elle-même.
Les chercheurs ont travaillé dur pour trouver des methods à ces inconvénients, mettant leurs initiatives dans le développement de fibres optiques qui guident la lumière à travers l’air plutôt que le verre.
Ceci, cependant, apporte son propre ensemble de problèmes : une propriété fondamentale de la lumière est qu’elle n’aime pas être confinée dans une région à faible densité comme l’air. Les fibres optiques qui utilisent de l’air plutôt que du verre sont intrinsèquement fuyantes (comme le serait un tuyau d’arrosage si l’eau pouvait s’infiltrer par les côtés).
La perte de confinement (ou perte de fuite) est une mesure de la quantité d’intensité lumineuse perdue lorsqu’elle se déplace à travers les fibres, et un objectif clé de la recherche est d’améliorer la conception de la composition de la fibre afin de minimiser cette perte.
Noyaux creux
Les conceptions les as well as prometteuses impliquent un noyau creux central entouré et confiné par un revêtement spécialement conçu. Des capillaires en verre creux à paroi ultra-mince sont fendus à l’intérieur du revêtement et fixés à une enveloppe extérieure en verre.
Avec cette configuration, les performances de perte de la fibre à âme creuse sont proches de celles d’une fibre conventionnelle.
Une caractéristique intrigante de ces fibres à âme creuse est qu’une compréhension théorique de comment et pourquoi elles guident si bien la lumière n’a pas suivi les progrès expérimentaux.
Depuis approximativement deux décennies, les scientifiques ont une bonne compréhension physique de la façon dont les fines parois capillaires en verre qui font face au noyau creux (en vert sur le schéma) agissent pour réfléchir la lumière vers le noyau et ainsi empêcher les fuites. Mais un modèle théorique qui n’inclut que ce mécanisme surestime considérablement la perte de confinement, et la issue de savoir pourquoi les fibres réelles guident la lumière beaucoup as well as efficacement que ne le prédirait le modèle théorique uncomplicated est, jusqu’à présent, restée sans réponse.
Le Dr Murphy et le professeur Chook décrivent leur modèle dans un posting publié cette semaine dans la revue Optica.
L’analyse théorique et informatique se concentre sur le rôle joué par les sections des parois capillaires en verre (en rouge sur le schéma) qui ne font facial area ni au noyau interne ni à la paroi externe de la structure fibreuse.
En in addition de supporter les éléments faisant encounter au cœur de la gaine, les chercheurs de Bathtub montrent que ces éléments jouent un rôle very important dans le guidage de la lumière, en imposant une structure aux champs d’onde de la lumière qui se propage (lignes courbes grises sur le schéma). Les auteurs ont nommé l’effet de ces structures « confinement azimutal ».
Bien que l’idée de foundation du fonctionnement du confinement azimutal soit very simple, le thought s’avère remarquablement puissant pour expliquer la relation entre la géométrie de la composition de la gaine et la perte de confinement de la fibre.
Le Dr Murphy, leading auteur de l’article, a déclaré : “Nous nous attendons à ce que le thought de confinement azimutal soit vital pour les autres chercheurs qui étudient l’effet de la fuite de lumière des fibres à noyau creux, ainsi que pour ceux qui sont impliqués dans le développement et la fabrication nouveaux modèles.”
Le professeur Fowl, qui a dirigé le projet, a ajouté : “C’était un projet vraiment enrichissant qui avait besoin de temps et d’espace pour penser les choses d’une manière différente et ensuite travailler sur tous les détails.
“Nous avons commencé à travailler sur le problème lors du leading verrouillage et cela m’a maintenant occupé tout au prolonged de la première année de ma retraite. L’article offre aux chercheurs une nouvelle façon de penser aux fuites de lumière dans les fibres à noyau creux, et je ‘ Je suis convaincu que cela conduira à l’essai de nouvelles conceptions.”
Le Dr Murphy a été financé par le Uk Engineering and Bodily Sciences Research Council.
