Più di 3,4 miliardi di persone sono connesse a Internet, ponendo una domanda sempre crescente nel settore delle telecomunicazioni per fornire maggiori, larghezza di banda migliore e più veloce per gli utenti. I ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno compiuto un passo importante nell'affrontare tale esigenza sviluppando un nuovo tipo di amplificatore in fibra ottica che potrebbe potenzialmente raddoppiare la capacità di trasporto delle informazioni dei cavi in ​​fibra ottica.

La maggior parte dei dati per Internet viaggia su cavi in ​​fibra ottica, che sono costituiti da fasci di fili che trasmettono luce laser. Man mano che la fibra si allunga, però, la potenza viene persa a causa dell'attenuazione. Tra la fine degli anni '80 e l'inizio degli anni '90, i ricercatori hanno scoperto che potevano mitigare questa perdita sviluppando amplificatori in fibra ottica in linea.

Al tempo, laser operati a una lunghezza d'onda di 1,3 micron, o 1, 300 nanometri (nm). Non sono stati sviluppati amplificatori ottici, però, che ha funzionato bene in quella regione. I ricercatori sono stati in grado di sviluppare un amplificatore a 1,55 micron, o 1, 550nm, quindi i sistemi di trasmissione laser sono stati cambiati per adattarsi. Allo stesso tempo, hanno scoperto che gli amplificatori ottici in linea hanno permesso loro di amplificare molti laser diversi contemporaneamente, una scoperta che ha aumentato la capacità di trasporto delle informazioni di una singola fibra ottica da 155 megabit al secondo a più di un terabit al secondo. Mentre questo è stato un enorme aumento, è ancora una quantità limitata di informazioni, richiedono molti cavi per trasmettere.

Flash forward di 25 anni. Il team di Livermore stava lavorando su laser a fibra ottica drogati al neodimio, che durano a 1, 330 nm (1,33 micron), 1, 064 nm (1.064 micron) e 920 nm. Il team ha costruito una fibra ottica personalizzata che ha soppresso il laser a 1, 064 nm e luce amplificata preferibilmente a 920 nm. Nel corso dei test del laser a 920 nm, il team ha osservato negli spettri fluorescenti che la fibra mostrava anche segni di amplificazione a 1, 400-1, 450 nm, una lunghezza d'onda che non ha mai funzionato in precedenza.

I precedenti amplificatori in fibra non sopprimevano il laser a 1, 064 nm e si è anche osservato che soffre di un effetto noto come assorbimento allo stato eccitato nell'1, regione a 330 nm. Questo effetto fa sì che la perdita di fibra aumenti quando viene applicata la luce della pompa, l'opposto dell'effetto desiderato, che è quello di generare guadagno ottico.

Il team ha quindi ridisegnato la fibra per sopprimere l'azione del laser su entrambi 1, 064nm e 920nm. Questa nuova fibra, che elimina completamente il potenziale per il laser a 920 nm o 1, 064nm, ora può fornire solo guadagno sull'1, Transizione laser a 330 nm. L'assorbimento allo stato eccitato preclude ancora l'amplificazione a 1, 330nm, ma la linea laser amplifica la luce su un'ampia gamma di lunghezze d'onda.

Il team ha scoperto che da 1, 390 nm a 1, 460 nm c'è un significativo guadagno ottico positivo, e questa nuova fibra genera potenza laser e guadagno ottico con un'efficienza relativamente buona. Questa scoperta apre il potenziale alle fibre ottiche installate per operare in una regione di trasmissione nota come E-band, oltre alle bande C e L in cui operano attualmente, raddoppiando efficacemente il potenziale di trasporto delle informazioni di una singola fibra ottica.

"Il componente chiave mancante per il funzionamento di una rete di telecomunicazioni in questa regione di lunghezze d'onda è stato l'amplificatore in fibra ottica, "ha detto Jay Dawson, vice direttore del programma per DoD Technologies presso il NIF e la direzione della scienza dei fotoni. "Quello che abbiamo fatto è stato creare effettivamente qualcosa che sembrerà e si sentirà come un convenzionale amplificatore in fibra di erbio, ma in una regione di lunghezza d'onda adiacente, raddoppiando la capacità di carico di un amplificatore a fibra ottica."

Gli amplificatori consentirebbero potenzialmente alle società di telecomunicazioni di sfruttare maggiormente la loro base installata di apparecchiature, richiedono un investimento di capitale inferiore rispetto al nuovo cavo, con conseguente aumento della larghezza di banda e minori costi per l'utente finale. L'installazione di un nuovo cavo è costosa; un fornitore di servizi non deve solo acquistare nuovi cavi, ma subiscono anche la grande spesa di scavare trincee per installare il nuovo cavo.

"Utilizzando la fibra che abbiamo sviluppato, potresti costruire un set di amplificatori in fibra ottica che sembrerebbero virtualmente identici nella tecnologia agli amplificatori in fibra già esistenti, " Disse Dawson. "Invece di dover posare un altro cavo costoso, potresti installare questi nuovi amplificatori negli stessi edifici degli attuali amplificatori, con conseguente doppia larghezza di banda sui cavi attuali."

"Per me, questo è ciò che è eccitante, " ha aggiunto. "È qualcosa che nessuno è stato in grado di fare in precedenza, e c'è il potenziale per fare davvero una grande differenza".

"Questa sembrava essere una scoperta significativa che potrebbe risolvere un problema nel settore delle telecomunicazioni, che è un mercato grande e importante, ma era necessaria più ricerca e sviluppo, " ha detto Michael Sharer, Responsabile IPO per la commercializzazione della tecnologia. "Il comitato dell'IDF ha ritenuto che questo fosse un progetto importante da finanziare da questo punto di vista".