Credits: Arjun Iyer / Renninger lab / University of Rochester

Introduzione

I ricercatori dell’Università di Rochester riferiscono di aver sviluppato una nuova fibra ottica cava che riduce notevolmente il “rumore” che interferisce con i segnali che trasmette, facendo così un passo avanti rispetto alle fibre monomodali, ora ampiamente utilizzate.

Fibra ottica cava antirisonante

La fibra ottica cava antirisonante, creata dai ricercatori della University of Central Florida, produce un “rumore” mille volte inferiore – e i livelli più bassi mai registrati da interferenze causate da fononi acustici derivanti dal vetro della fibra a temperatura ambiente.

Per documentare questo, i ricercatori del laboratorio di William Renninger, assistente professore di ottica, hanno sviluppato una tecnica di misura altamente sensibile. I loro risultati sono riportati in un articolo pubblicato su APL Photonics.

Si tratta di una fibra molto preziosa e, nonostante il grande interesse da parte dei ricercatori e di alcune società, nessuno aveva realmente studiato il comportamento dei fononi supportati dalla struttura e fino a che punto essa riducesse effettivamente il ‘rumore’“, dice Renninger, esperto di ottica non lineare sperimentale e teorica.

I risultati del laboratorio dimostrano in modo conclusivo che la fibra è una “piattaforma promettente per applicazioni a basso rumore, come ad esempio per l’elaborazione di informazioni quantistiche e le comunicazioni ottiche“, scrive l’autore principale Arjun Iyer, ricercatore nel laboratorio di Renninger.

Una risposta unica al rumore

Il “rumore” si riferisce a qualsiasi disturbo che maschera o interrompe un segnale inviato dalla luce attraverso una fibra ottica. Uno di questi disturbi è causato dai fononi: onde acustiche o sonore quantizzate che si verificano a livello atomico e subatomico, in questo caso nel vetro di una fibra ottica.

I fononi provocano la “dispersione” di un fascio di luce sulle onde acustiche, creando fasci di schegge di diverse frequenze, o colori, che possono interferire con il fascio principale e ridurne l’energia. Mentre alcune forme di diffusione possono essere utili per applicazioni specifiche, interferiscono con le applicazioni quantistiche e anche con le comunicazioni ottiche di base.

Il rumore può essere ridotto raffreddando le fibre a temperature criogeniche estremamente basse, ma questo è “molto costoso e complicato“, dice Renninger. Un altro approccio è quello di tentare di usare complicati algoritmi di correzione degli errori per correggere il rumore.

Esperimento e test

La fibra a nucleo cavo antirisonante, tuttavia, rappresenta una soluzione semplice che funziona anche a temperatura ambiente. Creata dal coautore Rodrigo Amezcua Correa e da altri ricercatori del CREOL, il College of Optics and Photonics della University of Central Florida, la fibra presenta una disposizione unica di sette capillari cavi disposti intorno a un nucleo cavo all’interno della fibra.

Ciò si traduce in una sovrapposizione minima tra lo strato esterno di vetro della fibra e la luce che viaggia attraverso il nucleo, eliminando l’interferenza dei fononi acustici emessi dal vetro.

I test del laboratorio di Renninger hanno dimostrato che la disposizione è 10 volte più efficace nel ridurre il rumore rispetto ad altri progetti di fibre cave. “Il poco rumore rimasto è causato dalle onde acustiche nell’aria all’interno della fibra, quindi se si dovesse espelelre l’aria sarebbe 100 volte più efficace“, dice Renninger. “Avreste un rumore incredibilmente basso“.

Se il destino del mondo dipendesse dalla riduzione del rumore acustico nelle fibre ottiche, questo è quello che si vorrebbe usare“.

Citazioni e Approfondimenti

  • Anti-resonant hollow-core optical fiber reduces ‘noise’, by University of Rochester
  • Arjun Iyer et al, Ultra-low Brillouin scattering in anti-resonant hollow-core fibers, APL Photonics (2020). DOI: 10.1063/5.0017796