В оптоволокне создали топологический канал для устойчивой передачи данных

Исследователи из Университета Мэриленда и Лаборатории армейских исследований США создали внутри оптоволокна структуру, которая направляет свет вокруг локальных дефектов. Для этого на поверхности тонкого стеклянного волокна лазером сформировали цепочку из 21 микрорезонатора.

Оптический канал построен на принципах топологической фотоники. В такой системе свойства материала и форма элементов задают устойчивый путь распространения света, поэтому сигнал может обходить отдельные препятствия, не разрушаясь и не рассеиваясь.

Микрорезонаторы представляют собой крошечные выступы на поверхности стандартного стеклянного волокна. Их создают лазерным нагревом с точностью до субнанометрового уровня. Разные узоры выступов формируют на волокне две области с отличающимися свойствами, между которыми возникает контролируемая граница.

Исследователи показали, что свет можно заставить двигаться вдоль этой границы в одном направлении. При изменении параметров структуры сигнал либо остаётся локализованным у границы, либо проходит через неё. Для описания поведения света команда разработала отдельную математическую модель.

В обычных оптоволоконных линиях качество сигнала зависит от микроскопических неоднородностей стекла, изгибов кабеля и внешних воздействий. Такие факторы могут вызывать рассеяние, искажение импульсов и утечку части передаваемой информации.

Новая структура пока является лабораторной демонстрацией, а не готовой заменой существующим телекоммуникационным кабелям. Однако она показывает, что топологические способы управления светом можно реализовать непосредственно на поверхности тонкого оптоволокна, не используя сложные фотонные чипы.

Одним из преимуществ подхода авторы называют возможность перенастройки. Если характеристики системы нужно изменить после изготовления, микрорезонаторы можно дополнительно обработать направленным лазерным нагревом. После настройки конфигурация сохраняется без постоянного расхода энергии на её поддержание.

В отличие от некоторых сложных фотонных платформ, стеклянное волокно не требует громоздких вакуумных камер или мощных систем охлаждения. Это может упростить создание компактных устройств для обработки и маршрутизации оптических сигналов.

Разработка имеет потенциальное значение для высокоскоростной связи, военных сетей и фотонных вычислений. Исследователи также рассматривают её применение в навигационных датчиках, не зависящих от GPS, и системах моделирования экзотических материалов.

Следующим этапом станет изучение нелинейных оптических эффектов. Учёные рассчитывают использовать микрорезонаторы для управления несколькими параметрами света одновременно и увеличения объёма информации, который можно передавать по одному волокну.

Результаты опубликованы в журнале Nature Communications в статье «Multiband topological heterojunctions on the surface nanoscale axial photonics platform». Авторы подчёркивают, что сейчас доказан сам принцип работы технологии, а её практическое внедрение потребует дополнительных экспериментов.

Источник: Tech Xplore