Британским физикам удалось снизить уровень затухания сигнала в оптических волокнах с полой сердцевиной. Для длин волн 1064 и 850 нанометров значения потерь оказались сравнимы со стандартными, а на длине волны 660 нанометром полые волокна превзошли существующие аналоги. Таких результатов авторам удалось добиться благодаря использованию полых трубок внутри сердцевины и правильно подобранной геометрии поперечного сечения.

Работа опубликована в Nature Communications.

Несмотря на то, что реальные потери сигнала в оптоволокне близки к теоретическому пределу, у него все еще есть ряд недостатков. Например, хроматическая дисперсия в волокне приводит к расширению световых импульсов во времени, из-за чего идущие подряд импульсы могут накладываться друг на друга. Это связано с тем, что спектр импульса состоит из набора немного отличающихся длин волн. Каждая длина волны распространяется по световоду-волокну с разной скоростью, и в итоге они приходят в одну и ту же точку в разное время. Чем длиннее волокно, тем сильнее будет проявляться этот эффект. Кроме того, в сердцевине волокна могут возникать нелинейные эффекты, например, четвертьволновое смешение, что можно приводить к нежелательному искажению спектра сигнала.

Борьба с нежелательными эффектами в рамках существующих технологий довольно ограничена, поэтому к решению проблем применяют новые подходы, а также используют и новые виды волокон. Одно из таких направлений — использование волокон с полой сердцевиной вместо привычного кварцевого стекла. Среди существенных плюсов их использования — отсутствие видимой хроматической дисперсии и нелинейностей, а также высокая критическая мощность (максимальная мощность, которую можно передавать по волокну без его повреждения). Однако потери в таких волокнах до недавнего времени значительно превышали аналогичные значения для стандартных волокон.

Если причина потерь сигнала в кварцевых волокнах заключается в рэлеевском рассеянии (фотоны сталкиваются с атомами, возбуждают их, а те в свою очередь излучают на той же длине волны, но уже во все стороны), то для волокон с полой сердцевиной критичными становятся микроизгибы и перетекание сигнала из сердцевины в оболочку. Для борьбы со вторым эффектом используют дополнительные полые трубки внутри волокна: это позволяет лучше локализовать пучок в центре волокна.

Группа физиков из Саутгемптонского университета во главе с Франческо Полетти (Francesco Poletti) предположила, что именно их можно использовать в волокне с полой сердцевиной, чтобы добиться минимальной потери сигнала.