La investigadora postdoctoral de NIF &Photon Science, Leily Kiani, prueba una nueva fibra óptica que podría duplicar el ancho de banda de los cables de fibra óptica. Crédito:Jason Laurea
Más de 3.400 millones de personas están conectadas a Internet, colocando una demanda cada vez mayor en la industria de las telecomunicaciones para proporcionar más ancho de banda mejor y más rápido para los usuarios. Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) han dado un paso importante para abordar esa necesidad al desarrollar un nuevo tipo de amplificador de fibra óptica que podría potencialmente duplicar la capacidad de transporte de información de los cables de fibra óptica.
La mayoría de los datos de Internet viajan por cables de fibra óptica, que están formados por haces de hilos que transmiten luz láser. A medida que la fibra se alarga, sin embargo, se pierde energía debido a la atenuación. A finales de los 80 y principios de los 90, Los investigadores descubrieron que podían mitigar esta pérdida desarrollando amplificadores de fibra óptica en línea.
En el momento, láseres operados a una longitud de onda de 1.3 micrones, o 1, 300 nanómetros (nm). No se desarrollaron amplificadores ópticos, sin embargo, que funcionó bien en esa región. Los investigadores pudieron desarrollar un amplificador de 1,55 micrones, o 1, 550 nm, por lo que los sistemas de transmisión láser se cambiaron para adaptarse. Al mismo tiempo, descubrieron que los amplificadores ópticos en línea les permitían amplificar muchos láseres diferentes a la vez, un descubrimiento que aumentó la capacidad de transporte de información de una sola fibra óptica de 155 megabits por segundo a más de un terabit por segundo. Si bien esto supuso un gran aumento, todavía es una cantidad limitada de información, requiriendo muchos cables para transmitir.
Adelante 25 años. El equipo de Livermore estaba trabajando en láseres de fibra óptica dopados con neodimio, que lase en 1, 330 nm (1,33 micrones), 1, 064 nm (1.064 micrones) y 920 nm. El equipo construyó una fibra óptica personalizada que suprimió el láser a 1, 064 nm y luz amplificada preferentemente a 920 nm. Durante la prueba del láser de 920 nm, el equipo observó en los espectros fluorescentes que la fibra también mostraba signos de amplificación en 1, 400-1, 450 nm:una longitud de onda que nunca antes funcionó.
Los amplificadores de fibra anteriores no suprimían el láser a 1, 064 nm y también se observó que sufrían un efecto conocido como absorción en estado excitado en el 1, Región de 330 nm. Este efecto en realidad hace que la pérdida de fibra aumente cuando se aplica la luz de la bomba, lo opuesto al efecto deseado, que es generar ganancia óptica.
Luego, el equipo rediseñó la fibra para suprimir la acción del láser en 1, 064 nm y 920 nm. Esta nueva fibra, que elimina por completo el potencial de láser a 920 nm o 1, 064 nm, ahora solo puede proporcionar ganancia en el 1, Transición láser de 330 nm. La absorción en estado excitado aún impide la amplificación en 1, 330 nm, pero la línea láser amplifica la luz en una amplia gama de longitudes de onda.
Vista frontal de la nueva fibra óptica. La fibra tiene un diámetro exterior de 126 micrones y las características observables están separadas por 6,6 micrones. El punto central está dopado con iones de neodimio, el mismo dopante utilizado en los láseres de NIF, pero el material es vidrio de sílice fundido en lugar de vidrio de fosfato. Los puntos brillantes son inclusiones GRIN (índice de gradiente), y las manchas oscuras son sílice fundida dopada con flúor, que tienen un índice de refracción más bajo que la sílice fundida sin dopar. Crédito:Laboratorio Nacional Lawrence Livermore
El equipo descubrió que a partir de 1, 390 nm a 1, 460 nm hay una ganancia óptica positiva significativa, y esta nueva fibra genera potencia láser y ganancia óptica con una eficiencia relativamente buena. Este descubrimiento abre el potencial para que las fibras ópticas instaladas operen en una región de transmisión conocida como banda E, además de las bandas C y L donde operan actualmente, duplicando efectivamente el potencial de transporte de información de una sola fibra óptica.
"El componente clave que falta para operar una red de telecomunicaciones en esta región de longitud de onda ha sido el amplificador de fibra óptica, "dijo Jay Dawson, subdirector de programas de DoD Technologies en la Dirección de Ciencia de NIF y Fotones. "Lo que hemos hecho es crear de forma eficaz algo que se verá y se sentirá como un amplificador de fibra de erbio convencional, pero en una región de longitud de onda adyacente, duplicar la capacidad de carga de un amplificador de fibra óptica ".
Los amplificadores permitirían potencialmente a las empresas de telecomunicaciones aprovechar más su base instalada de equipos, requiriendo menos inversión de capital que el cable nuevo, lo que resulta en un ancho de banda expandido y menores costos para el usuario final. La instalación de un cable nuevo es cara; un proveedor de servicios no solo debe comprar cables nuevos, pero también sufrir el gran gasto de cavar zanjas para instalar el nuevo cable.
"Al utilizar la fibra que hemos desarrollado, podría construir un conjunto de amplificadores de fibra óptica que se verían virtualmente idénticos en tecnología a los amplificadores de fibra que ya existen, "Dijo Dawson." En lugar de tener que tender otro cable costoso, podría instalar estos nuevos amplificadores en los mismos edificios que los amplificadores actuales, resultando en el doble de ancho de banda en los cables actuales ".
"A mi, eso es lo emocionante de esto, ", agregó." Es algo que nadie ha podido hacer anteriormente, y existe el potencial para marcar una gran diferencia ".
"Este pareció ser un descubrimiento importante que podría resolver un problema en la industria de las telecomunicaciones, que es un mercado grande e importante, pero se necesitaba más I + D "dijo Michael Sharer, Gerente de OPV para comercialización de tecnología. "El comité de las FDI consideró que este era un proyecto importante para financiar desde este punto de vista".
