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研究人员关闭后向散射 旨在改善光学数据传输

  1. 科技
  2. 2019-08-13 11:25:32
伊利诺伊大学的工程师已经找到了一种重定向失配光波的方法,以减少光学数据传输过程中的能量损失。在一项研究中,研究人员利用光和声波之间的相互作用来抑制光从材料缺陷散射 - 这可能导致光纤通信的改善。他们的研究结果发表在Optica杂志上。 光波在遇到障碍物时会散射,无论是窗户上的裂缝还是光缆中的微小缺陷。研究人员表示,大部分光线都散射出系统,但有些光散射回光源,这种现象称为后向散射。 “没有完美的材料,”领导这项研究的机械科学与工程教授Gaurav Bahl说。“我们在任何工程技术中使用的材料总会有一些不完美和一点点随机性。例如,用于远程数据传输的最完美的光纤可能仍然存在一些看不见的缺陷。可能是制造的结果,或者由于材料的热和机械变化,它们会随着时间的推移而出现。最终,这些缺陷为任何光学系统设定了性能极限。 先前的一些研究表明,在具有一定磁性的特殊材料中可以抑制不希望的后向散射。然而,对于今天采用透明非磁性材料(如硅或硅玻璃)的光学系统来说,这些都不是可行的选择,Bahl说 在这项新研究中,Bahl和研究生Seunghwi Kim利用光与声波的相互作用而不是磁场来控制反向散射。 Bahl说,无论方向如何,光波都以相同的速度穿过大多数材料,无论是向前还是向后。“但是,通过使用一些方向敏感的光机械相互作用,我们可以打破这种对称性并有效地关闭后向散射。就像创建一个单向镜子一样。通过阻挡光波的向后传播,它无处可去当它遇到散射器时,除了继续前进之外别无选择。“ 为了证明这一现象,该团队将光波送入一个由石英玻璃制成的微小球体,称为微谐振器。在内部,光沿着像赛道一样的圆形路径行进,一次又一次地遇到二氧化硅中的缺陷,放大了后向散射效应。然后,该团队使用第二个激光束仅在向后方向上进行光声相互作用,从而阻止光线向后散射的可能性。尽管谐振器存在缺陷,但本来会失去的能量继续向前发展。 巴尔说,能够阻止后向散射是很重要的,但是一些光线仍然会被侧向散射所损失,科学家无法控制它们。“因此,在这个阶段,进步是非常微妙的,并且仅在窄带宽上有用。但是,仅仅验证我们可以抑制像石英玻璃那样常见的材料中的反向散射,这表明我们可以生产更好的光纤光缆甚至继续使用旧光纤,损坏的电缆已经在世界海底使用,而不是必须更换它。“ 尝试在光纤电缆中进行实验将是下一步,表明在光纤通信所需的带宽下可能出现这种现象。 “我们之前已经看过我们探索过的原则,”巴尔说。“这里的真实故事是,我们已经证实,在玻璃上可以抑制反向散射,使用每种光学材料都可以使用的光机械相互作用。我们希望其他研究人员在他们的光学系统中检查这种现象,如好吧,进一步推进这项技术。“
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