Gli ingegneri dell'Università dell'Illinois hanno trovato un modo per reindirizzare le onde luminose disadattate per ridurre la perdita di energia durante la trasmissione ottica dei dati. In uno studio, i ricercatori hanno sfruttato un'interazione tra onde luminose e sonore per sopprimere la dispersione della luce dai difetti del materiale, il che potrebbe portare a una migliore comunicazione in fibra ottica. I loro risultati sono pubblicati sulla rivista ottica .

Le onde luminose si disperdono quando incontrano ostacoli, che si tratti di una crepa in una finestra o di un minuscolo difetto in un cavo in fibra ottica. Gran parte di quella luce si disperde fuori dal sistema, ma una parte si disperde verso la fonte in un fenomeno chiamato backscattering, hanno detto i ricercatori.

"Non esiste una cosa come un materiale perfetto, ", ha affermato il professore di scienze meccaniche e ingegneria Gaurav Bahl, che ha condotto lo studio. "C'è sempre un po' di imperfezione e un po' di casualità nei materiali che usiamo in qualsiasi tecnologia ingegnerizzata. Ad esempio, la fibra ottica più perfetta utilizzata per la trasmissione di dati a lungo raggio potrebbe avere ancora alcuni difetti invisibili. Questi difetti possono essere il risultato di fabbricazione, oppure possono comparire nel tempo a seguito di variazioni termiche e meccaniche del materiale. In definitiva, tali difetti pongono i limiti delle prestazioni per qualsiasi sistema ottico."

Alcuni studi precedenti hanno dimostrato che la retrodiffusione indesiderata può essere soppressa in materiali speciali che hanno determinate proprietà magnetiche. Però, queste non sono opzioni praticabili per i sistemi ottici di oggi che utilizzano trasparenti, materiali non magnetici come silicio o vetro di silice, Bahl ha detto

Nel nuovo studio, Bahl e lo studente laureato Seunghwi Kim hanno usato un'interazione della luce con le onde sonore, al posto dei campi magnetici, per controllare la retrodiffusione.

Le onde luminose viaggiano attraverso la maggior parte dei materiali alla stessa velocità indipendentemente dalla direzione, sia avanti o indietro, ha detto Bahl. "Ma, utilizzando alcune interazioni opto-meccaniche sensibili alla direzione, possiamo rompere quella simmetria e chiudere efficacemente il backscattering. È come creare uno specchio unidirezionale. Bloccando la propagazione all'indietro di un'onda luminosa, non ha dove andare quando incontra un disperso, e nessun'altra opzione se non quella di continuare ad andare avanti".

Per dimostrare questo fenomeno, il team ha inviato onde luminose in una minuscola sfera di vetro di silice, chiamato microrisonatore. Dentro, la luce percorre un percorso circolare come un ippodromo, incontrando ripetutamente difetti nella silice, amplificando l'effetto di retrodiffusione. Il team ha quindi utilizzato un secondo raggio laser per attivare l'interazione luce-suono solo nella direzione all'indietro, bloccando la possibilità di diffusione della luce all'indietro. Quella che sarebbe stata persa energia continua ad andare avanti, nonostante i difetti del risonatore.

Essere in grado di fermare la retrodiffusione è significativo, ma parte della luce è ancora persa a causa della dispersione laterale, su cui gli scienziati non hanno alcun controllo, ha detto Bahl. "L'avanzamento è quindi molto sottile in questa fase e utile solo su una larghezza di banda stretta. Tuttavia, semplicemente verificando che possiamo sopprimere la retrodiffusione in un materiale comune come il vetro di silice suggerisce che potremmo produrre cavi in ​​fibra ottica migliori o addirittura continuare a usare vecchi, cavo danneggiato già in servizio sul fondo degli oceani del mondo, invece di doverlo sostituire".

Provare l'esperimento con il cavo in fibra ottica sarà il prossimo passo per dimostrare che questo fenomeno è possibile alle larghezze di banda richieste nelle comunicazioni in fibra ottica.

"Il principio che abbiamo esplorato è stato visto prima, " ha detto Bahl. "La vera storia qui è che abbiamo confermato che la retrodiffusione può essere soppressa in qualcosa di semplice come il vetro, utilizzando un'interazione opto-meccanica che è disponibile in ogni materiale ottico. Speriamo che altri ricercatori esaminino questo fenomeno nei loro sistemi ottici, anche, per far progredire ulteriormente la tecnologia".