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新型抗共振空芯光纤可有效降低“噪声”

发布:Iris1602    |    2020-09-28 21:57    阅读:2262
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新型抗共振空芯光纤可有效降低“噪声”

罗彻斯特大学的研究人员报告了一种新型抗谐振空心光纤(ARHCF),与现在广泛使用的单模光纤相比,它可以大大降低“噪声”对传输信号的干扰。该内容发表在《APL Photonics》上。

图标,抗共振空心光纤的独有特点:七个空心毛细管排列在光纤内部的空心芯周围。

由中央佛罗里达大学的研究人员发明的这种抗谐振空心光纤,这种光纤产生的“噪音”仅为目前广泛使用的单模光纤的千分之一。这是室温下光纤中的“玻璃声子”产生“噪音”的最低记录。

为了证明这一点,光学助理教授William Renninger的实验室研究人员开发了一种改进的,高度灵敏光谱测量技术对设计的ARHCF进行了测量(该技术能够实现比以前的结果提高两个数量级的灵敏度),发现七根毛细管反共振空心光纤表现出创纪录的低光机耦合(<10-4 W-1 m-1),最大的光机械相互作用比传统的单模光纤至少弱三个数量级(如果疏散则为五个),与综合数值计算相符。其中,最大的散射来自被限制在光纤纤芯中的空气中的引导声模,由于与纤芯中光学模式的重叠极小,二氧化硅中的声共振散射少了100倍,因而可忽略去极化噪声。

“这是一种非常有价值的光纤,研究人员和一些公司对它很感兴趣,但没有人真正研究过该结构所支撑的声子行为,以及它在多大程度上减少了“噪声”,” Renninger说。

对“噪音”的独特解答

‘噪音’是指掩盖或破坏光纤中光学信号传输的干扰。其中一种噪声干扰是由声子(在原子和亚原子水平出现的量子化声波)引起的。

声子会使光纤中的光束发生“散射”,产生不同频率或颜色的分裂光束。这些分裂的光束会对主光束形成干扰,并降低主光束的能量。虽然某些形式的散射对特定的应用是有用的,但它会干扰量子应用甚至基本的光通信。

光子晶体光纤(PCF)为定制光波导的特性提供了广泛的可能性。现有研究表明, PCF可以显着增强正向布里渊相互作用,对PCF内的光波和声波都可进行严格的限制,从而导致光机械耦合比标准光纤降低近两个数量级,为减少光机械相互作用和噪声开辟了新途径。虽然PCF与传统光纤相比可以减少总散射,但要进一步降低噪声,则需要采用另一种横截面设计,这在理论上和实验上都因几何复杂的二氧化硅微结构而变得复杂。

Renninger说,目前降低晶体光纤“噪音”的方法主要有两种:(1)将玻璃纤维冷却到极端低温;(2)使用纠错算法来纠正噪声。前者成本极高,条件苛刻。后者涉及的算法非常复杂,不利于简化操作。

抗共振空芯光纤(ARHCF)是一种能够在室温下直接解决上述问题的方案。研究人员研制了一种微结构抗共振空心光纤,并对其特性进行了论证。它的结构排列非常有特点——七个空心毛细管围绕在中空型芯的周围。这样的结构使得光纤外层玻璃与纤芯内传输光束之间的重叠最小化,进而消除了源自玻璃声子的干扰。

Renninger实验室的测试表明,这种结构的光纤比其他中空光纤设计的降噪效果高10倍以上。他说,“剩下的噪音是由光纤内部空气中的声波引起的,所以,如果排除空气,降噪效果还会提高100倍。”

该项研究成果为光纤的低噪声应用提供了有前途的平台,在量子信息处理和光通信等领域具有广阔的应用前景。

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