La prochaine génération de fibre optique pourrait être un pas de plus car une nouvelle étude a montré que les fibres avec un centre évidé, créé à Southampton, pourrait réduire la perte de puissance actuellement rencontrée dans les fibres de verre standard.

La crise du COVID-19 a vu des gens du monde entier déplacer rapidement leur travail et leur vie sociale en ligne et les communautés n'ont jamais autant compté sur Internet. Le nombre toujours croissant d'appels et de webinaires Zoom a mis en évidence la nécessité de continuer à faire progresser la technologie qui a rendu cela possible.

Depuis plus de 50 ans, Les fibres optiques en verre de silice ont été le moyen de transmission de choix pour les communications optiques à haut débit, alimentant l'Internet mondial et les services cloud utilisés par les ménages et les entreprises du monde entier. Ils sont également utilisés pour la détection d'installations pétrolières et gazières, surveillance structurelle des voies ferrées et des ponts, endoscopes médicaux et de nombreuses autres applications dans le cadre d'un marché mondial de 40 milliards de dollars.

Cependant, en raison de la "diffusion" de la lumière à l'intérieur du verre, une fraction de la puissance transmise est perdue, un processus appelé atténuation, et cette perte de puissance devient de plus en plus un problème à mesure que la longueur d'onde de la lumière est raccourcie. Cette perte de transmission plus élevée à travers la fibre limite sérieusement les performances de toutes les applications qui nécessitent des longueurs d'onde plus courtes.

Dans cette nouvelle étude, Publié dans Communication Nature , des chercheurs de l'Université de Southampton ont démontré que le guidage de la lumière à travers des fibres remplies d'air offre un moyen potentiel de surmonter cette limite d'atténuation insurmontable fixée par la diffusion du verre.

Une équipe du Centre de recherche en optoélectronique (ORC) de l'Université a créé trois fibres à noyau creux différentes, avec des pertes comparables ou inférieures à celles obtenues dans les fibres de verre solides autour des longueurs d'onde technologiquement pertinentes de 660, 850 et 1, 060 nanomètres. L'atténuation plus faible, dans une fibre qui guide la lumière dans l'air, offre un potentiel de progrès dans les communications quantiques, transmission de données, et la fourniture de puissance laser.

Le professeur Francesco Poletti de l'ORC a déclaré :"De nombreux types de verres et technologies de guides d'ondes alternatifs ont été étudiés depuis les années 1970 pour tenter de résoudre ce problème, Tout en rien."

"Nos résultats montrent que les fibres à âme creuse ont le potentiel de surpasser les fibres optiques actuelles à diverses longueurs d'onde utilisées dans la technologie optique aujourd'hui. Non seulement elles ont une atténuation plus faible, ils peuvent également résister à des intensités laser plus élevées, tels que ceux nécessaires à la fonte des roches et au forage des puits de pétrole, ainsi que produire des lasers plus efficaces pour la fabrication."

Le professeur Poletti a ajouté que les fibres à âme creuse peuvent également transmettre des impulsions laser non déformées avec des niveaux de puissance de crête si élevés qu'elles seraient inutilisables si elles étaient transmises par des fibres de verre standard, et préserver la polarisation de la lumière nécessaire pour produire des capteurs et des endoscopes d'imagerie plus précis.

Les fibres développées et rapportées dans le document sont le résultat de plus de dix ans de recherche par l'ORC dans le développement de fibres sans nœud antirésonantes nichées (NANF), un type spécial de fibres à noyau creux qui confinent la lumière dans le vide central grâce à de fines membranes de verre entourant le noyau. Leurs premières fibres avaient des atténuations de 5 décibels (dB), soit seulement 30% de transmission lumineuse, pour chaque mètre de fibre. Nouvelle compréhension physique avec les contributions de la communauté mondiale, et un développement substantiel de la technologie de fabrication mené par l'équipe de Southampton, ont maintenant conduit l'une des fibres rapportées dans cette étude à l'améliorer d'un facteur 10, 000 en obtenant une atténuation de seulement 5 dB tous les 10 kilomètres.

Le professeur Poletti a poursuivi. « La technologie que nous développons a le potentiel de soutenir le développement de centres de données plus rapides avec des délais plus courts pour l'utilisateur final, des gyroscopes plus précis pour les missions interplanétaires, une fabrication laser plus efficace, pour n'en nommer que quelques uns."

L'équipe de l'Université de Southampton qui a inventé et développé cette technologie de fibre optique grâce au financement du projet ERC Lightpipe continue de travailler sur l'amélioration des performances optiques de ces fibres, tout en produisant de plus grandes longueurs à moindre coût.

Professeur Sir David Payne, directeur du Centre de recherche en optoélectronique, ajoutée, « La capacité de transmission des fibres optiques est si grande que nous n'aurions jamais pensé atteindre le point où nous l'utiliserions entièrement. Mais au cours des cinq à dix dernières années, nous avons réalisé que nous sommes maintenant sur le point de faire exactement cela et l'impact de COVID-19 s'est encore accéléré. Cela signifie que nous ne pouvons plus modifier les fibres conventionnelles pour exploiter plus de capacité, mais que nous devons recourir à l'approche du marteau consistant à installer un grand nombre de nouveaux câbles à fibres. C'est possible mais fait grimper les coûts.

"Un plus rapide, un Internet plus fiable avec une bande passante plus large nous aiderait à maintenir nos niveaux actuels de travail et de socialisation en ligne et nous permettrait également d'aller plus loin dans des domaines tels que la vidéoconférence 3D et la réalité virtuelle. »

Le professeur Poletti a dit :« Nous sommes convaincus d'avoir enfin identifié une solution avec le potentiel de compléter, et dans de nombreux cas, remplacer les fibres de silice entièrement solides qui ont été le pilier des applications domestiques et commerciales pendant un demi-siècle."