Leily Kiani, chercheuse postdoctorale au NIF &Photon Science, teste une nouvelle fibre optique qui pourrait doubler la bande passante des câbles à fibre optique. Crédit :Jason Laurea
Plus de 3,4 milliards de personnes sont connectées à Internet, plaçant une demande sans cesse croissante sur l'industrie des télécommunications pour fournir de plus grandes, bande passante meilleure et plus rapide pour les utilisateurs. Les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont franchi une étape importante pour répondre à ce besoin en développant un nouveau type d'amplificateur à fibre optique qui pourrait potentiellement doubler la capacité de transport d'informations des câbles à fibre optique.
La plupart des données pour l'Internet voyagent sur des câbles à fibre optique, qui sont constitués de faisceaux de fils qui transmettent la lumière laser. Au fur et à mesure que la fibre s'allonge, cependant, la puissance est perdue en raison de l'atténuation. À la fin des années 80 et au début des années 90, les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient atténuer cette perte en développant des amplificateurs à fibre optique en ligne.
À l'époque, des lasers fonctionnant à une longueur d'onde de 1,3 microns, ou 1, 300 nanomètres (nm). Aucun amplificateur optique n'a été développé, cependant, qui fonctionnait bien dans cette région. Les chercheurs ont pu développer un amplificateur à 1,55 micron, ou 1, 550 nm, les systèmes de transmission laser ont donc été commutés pour correspondre. À la fois, ils ont découvert que les amplificateurs optiques en ligne leur permettaient d'amplifier de nombreux lasers différents à la fois, une découverte qui a augmenté la capacité de transport d'informations d'une seule fibre optique de 155 mégabits par seconde à plus d'un térabit par seconde. Bien qu'il s'agisse d'une énorme augmentation, c'est encore une quantité limitée d'informations, nécessitant de nombreux câbles pour transmettre.
Flash avant 25 ans. L'équipe Livermore travaillait sur des lasers à fibre optique dopés au néodyme, qui dure à 1, 330 nm (1,33 micron), 1, 064 nm (1,064 microns) et 920 nm. L'équipe a construit une fibre optique personnalisée qui a supprimé le laser à 1, 064 nm et lumière amplifiée préférentiellement à 920 nm. Au cours du test du laser 920 nm, l'équipe a observé dans les spectres de fluorescence que la fibre montrait également des signes d'amplification à 1, 400-1, 450 nm, une longueur d'onde qui n'avait jamais fonctionné auparavant.
Les amplificateurs à fibre précédents ne supprimaient pas le laser à 1, 064 nm et ont également été observés pour souffrir d'un effet connu sous le nom d'absorption à l'état excité dans le 1, région de 330 nm. Cet effet provoque en fait une augmentation de la perte de fibre lorsque la lumière de pompage est appliquée, à l'opposé de l'effet souhaité, qui est de générer un gain optique.
L'équipe a ensuite repensé la fibre pour supprimer l'action du laser à la fois 1, 064 nm et 920 nm. Cette nouvelle fibre, qui élimine complètement le potentiel de laser à 920 nm ou 1, 064 nm, ne peut désormais apporter de gain que sur le 1, Transition laser à 330 nm. L'absorption à l'état excité empêche toujours l'amplification à 1, 330 nm, mais la ligne laser amplifie la lumière sur une large gamme de longueurs d'onde.
Vue de face de la nouvelle fibre optique. La fibre a un diamètre extérieur de 126 microns et les caractéristiques observables sont distantes de 6,6 microns. La tache centrale est dopée avec des ions néodyme, le même dopant utilisé dans les lasers de NIF, mais le matériau est du verre de silice fondu au lieu du verre de phosphate. Les points lumineux sont des inclusions GRIN (gradient-index), et les taches sombres sont de la silice fondue dopée au fluor, qui ont un indice de réfraction inférieur à celui de la silice fondue non dopée. Crédit :Laboratoire national Lawrence Livermore
L'équipe a découvert qu'à partir du 1 390 nm à 1, 460 nm il y a un gain optique positif significatif, et cette nouvelle fibre génère une puissance laser et un gain optique avec un rendement relativement bon. Cette découverte ouvre la possibilité aux fibres optiques installées de fonctionner dans une région de transmission connue sous le nom de bande E, en plus des bandes C et L où ils opèrent actuellement, doublant ainsi le potentiel de transport d'informations d'une seule fibre optique.
« Le principal composant manquant pour l'exploitation d'un réseau de télécommunications dans cette région de longueur d'onde a été l'amplificateur à fibre optique, " a déclaré Jay Dawson, directeur de programme adjoint pour DoD Technologies au sein de la direction NIF et Photon Science. "Ce que nous avons fait, c'est créer efficacement quelque chose qui ressemblera à un amplificateur à fibre d'erbium conventionnel, mais dans une région de longueur d'onde adjacente, doublant la capacité de charge d'un amplificateur à fibre optique."
Les amplificateurs permettraient potentiellement aux entreprises de télécommunications d'exploiter davantage leur parc d'équipements installés, nécessitant moins d'investissement en capital qu'un nouveau câble, ce qui se traduit par une bande passante étendue et des coûts inférieurs pour l'utilisateur final. L'installation d'un nouveau câble coûte cher ; un fournisseur de services doit non seulement acheter de nouveaux câbles, mais aussi subir la grosse dépense de creuser des tranchées pour installer le nouveau câble.
"En utilisant la fibre que nous avons développée, vous pourriez construire un ensemble d'amplificateurs à fibre optique qui sembleraient pratiquement identiques en technologie aux amplificateurs à fibre qui existent déjà, " Dawson a dit. " Au lieu d'avoir à poser un autre câble coûteux, vous pourriez installer ces nouveaux amplificateurs dans les mêmes bâtiments que les amplificateurs actuels, résultant en deux fois plus de bande passante sur les câbles actuels."
"Tome, c'est ce qui est excitant, " a-t-il ajouté. " C'est quelque chose que personne n'a été capable de faire auparavant, et le potentiel est là pour vraiment faire une grande différence."
"Cela semblait être une découverte importante qui pourrait résoudre un problème dans l'industrie des télécommunications, qui est un marché vaste et important, mais plus de R&D était nécessaire, " a déclaré Michael Sharer, IPO Manager pour la commercialisation de la technologie. « Le comité de Tsahal a estimé qu'il s'agissait d'un projet important à financer de ce point de vue.
