保持光的同調(diào)性是實(shí)現(xiàn)量子電腦與感測器網(wǎng)路的必要條件，同時(shí)還有助于多模光纖在更遠(yuǎn)程通訊應(yīng)用中取代昂貴的單模光纖。

俄羅斯和芬蘭的研究人員合作進(jìn)行一項(xiàng)概念驗(yàn)證計(jì)劃，進(jìn)一步擴(kuò)展具有較大纖芯直徑的多模光纖用途；研究人員采用高功率雷射與非等向性材料，期望開發(fā)出可在光傳輸時(shí)保持同調(diào)性(coherence)的光纖。保持光的同調(diào)性是實(shí)現(xiàn)量子電腦與感測器網(wǎng)路的必要條件，同時(shí)還有助于多模光纖在更遠(yuǎn)程通訊應(yīng)用中取代昂貴的單模光纖。

研究人員們在光學(xué)學(xué)會(huì)(Optical Society；OSA)的期刊《Optics Express》上發(fā)表他們的研究成果。

光纖是現(xiàn)代通訊的骨干。單模光纖由于具有可靠性，在長距離應(yīng)用中占主導(dǎo)地位；但這種光纖的內(nèi)徑僅10微米(um)，且十分昂貴。較低成本的多模光纖內(nèi)徑寬達(dá)100um，目前主要用于短距離通訊，一般可支援1,000公尺距離、1-Gbit/s的傳輸速度。

研究人員正致力于擴(kuò)展多模光纖的實(shí)用性，不僅用于取代單模光纖實(shí)現(xiàn)長距離通訊，還可實(shí)現(xiàn)量子電腦，以及打造僅需要很少或無需電源執(zhí)行的分散式感測器網(wǎng)路。

來自莫斯科物理技術(shù)學(xué)院(MIPT)、俄羅斯科學(xué)院的Kotelnikov無線工程與電子研究所(IRE RAS)，以及芬蘭坦佩雷理工大學(xué)(Tampere University of Technology)光電研究中心的研究人員們共同投入了這項(xiàng)同調(diào)性多模光纖的概念驗(yàn)證研究。主導(dǎo)該研究計(jì)劃的IRE RAS總監(jiān)、MIPT固態(tài)物理學(xué)、放射性物理學(xué)和應(yīng)用資訊技術(shù)副主任Sergey Nikitov表示，「量子電腦可能是其中的一種應(yīng)用；然而，在這項(xiàng)研究中，我們的目的在于探索高功率應(yīng)用，由于非線性的流程，我們可在其中一根光纖內(nèi)提高不同光波的功率，并觀察其結(jié)果。」

除了Sergey Nikitov，其他共同作者還包括MIPT教授兼IRE RAS和俄羅斯量子中心資深研究科學(xué)家Vasily Ustimchik，以及坦佩雷榮譽(yù)教授Jorma Rissanen，他還曾經(jīng)是IEEE Richard W. Hamming Medal的獲獎(jiǎng)人。

可保持同調(diào)性的光纖比半導(dǎo)體感測器更具有優(yōu)勢，因?yàn)樗麄儙缀醪恍枰娏?，就能處理來自分散式感測器系統(tǒng)無法發(fā)揮作用的結(jié)果。此外，這些光纖不僅可用于高功率的雷射系統(tǒng)，還可作為感測器，因?yàn)槠裉匦缘淖兓瘉碜杂谄錅?zhǔn)確感測環(huán)境引起的變化。

保護(hù)光纖具有優(yōu)于半導(dǎo)體傳感器的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗鼈儙缀醪恍枰娏Γ⒖梢蕴幚韥碜苑植际絺鞲衅飨到y(tǒng)的結(jié)果。它們不僅可用在高功率激光系統(tǒng)中，而且作為傳感器的用途來自觀察到的事實(shí)，即它們的極化特性的變化使得能夠準(zhǔn)確地感測由環(huán)境因素引起的變化。

光纖雷射采用光學(xué)諧振器來回反射光線，從而引發(fā)雷射作用。目前，這種雷射器僅完全使用基本模式(圖1的左上方)，將功率限制在10nm光纖可承載的范圍。增加大型雷射器的傳輸功率，導(dǎo)致光纖的折射率發(fā)生不受控制的變異，從而造成寄生非線性效應(yīng)。俄羅斯和芬蘭的研究人員采用的解決方法是改變纖芯和內(nèi)部保護(hù)層(圖2)。

俄羅斯和芬蘭的研究人員采用該技術(shù)證實(shí)了這個(gè)概念：透過高功率雷射傳輸?shù)哪芰?，有不?%在100um光纖中損耗掉。研究人員藉由為大型光纖的非等向性(表示它只在長度方向傳播，因?yàn)閮?nèi)部保護(hù)層是橢圓形的)制作內(nèi)部保護(hù)層，完整地保留了光纖的偏振特性。

編譯：Susan Hong

參考原文：Expanding Optical Horizons，by R. Colin Johnson

文章來源:EET電子工程專輯