Gli ultimi progressi delle nuove fibre, pubblicato questa settimana in Fotonica della natura , hanno sottolineato il potenziale della tecnologia per i sistemi e i sensori interferometrici ottici di prossima generazione.

Le fibre ottiche a nucleo cavo combinano le prestazioni di propagazione nello spazio libero degli interferometri più avanzati con le scale di lunghezza delle moderne fibre ottiche guidando la luce attorno alle curve in un nucleo riempito d'aria o sotto vuoto.

I ricercatori stanno collaborando con partner del settore, collaborando con il National Physical Laboratory e sfruttando una rete britannica nel programma Airguide Photonics mentre espandono ulteriormente l'impatto della scoperta.

Professor Francesco Poletti, Responsabile del Gruppo Fibre a Nucleo Cavo, dice:"Eliminando il vetro dal centro della fibra, abbiamo anche eliminato i meccanismi fisici mediante i quali la purezza di polarizzazione di un fascio in ingresso può essere degradata. Di conseguenza, le nostre fibre forniscono qualità che rappresentano un cambio di paradigma verso un enorme salto di prestazioni.

"Con un'attenuazione di appena 0,28 dB/km e la prospettiva di raggiungere presto livelli potenzialmente inferiori al limite di diffusione di Rayleigh delle fibre convenzionali, tali strutture di guida d'onda potrebbero presto fornire una purezza di guida simile al vuoto e insensibilità ambientale a lunghezze d'onda su misura e oltre centinaia di chilometri per la prossima generazione di strumenti scientifici abilitati alla fotonica".

La propagazione delle onde luminose preservando tutti i loro attributi essenziali è una preoccupazione fondamentale per tutte le applicazioni che utilizzano la luce per rilevare l'ambiente o per trasmettere dati e alimentazione. Interferometri ad alte prestazioni, giroscopi e pettini di frequenza utilizzano la lunghezza d'onda della luce come un righello in miniatura per misurare le distanze, velocità e tempo di rotazione con una precisione incredibilmente accurata. Tutti si basano sulla trasmissione di fasci luminosi con il più alto spazio possibile, purezza spettrale e di polarizzazione.

Per ottenere le migliori prestazioni possibili, gli scienziati attualmente hanno bisogno di propagare la luce attraverso lo spazio libero nel vuoto, come ad esempio nei bracci di 4 km del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) negli USA. Però, questi interferometri avanzati sono estremamente costosi e spesso poco pratici anche su scale di lunghezza molto più brevi. Le fibre ottiche di vetro offrono un'alternativa più pragmatica e portatile nelle tecnologie di rilevamento, ma degradano la purezza della polarizzazione e soffrono di effetti non lineari dannosi.

Le fibre a nucleo cavo superano tutte queste sfide per migliorare il potenziale dei sistemi e dei sensori interferometrici ottici, ad esempio all'interno di giroscopi ottici che costituiscono il nucleo dei sistemi di navigazione inerziale o per la consegna flessibile e la combinazione coerente di intensa radiazione polarizzata per la prossima generazione di laser MegaWatt.

Quest'ultima ricerca di Southampton è stata sponsorizzata dal progetto LightPipe finanziato dall'Unione Europea, che si basa su decenni di lavoro presso il rinomato Optoelectronics Research Centre dello Zepler Institute.

Il Centro e il suo direttore, il professor Sir David Payne, hanno svolto un ruolo di primo piano nello sviluppo della tecnologia delle fibre ottiche per applicazioni che richiedono il controllo degli stati di polarizzazione della luce. Il lavoro in questo settore ha portato anche alla creazione della società spin-out Fibercore, che si è affermata come leader di mercato globale nella produzione di fibre ottiche a mantenimento di polarizzazione.

Professor Sir David Payne, disse, "Ci sono numerose applicazioni in ottica che richiedono un rigoroso controllo della polarizzazione, come quando due raggi interferiscono per rilevare piccoli cambiamenti causati dalle onde gravitazionali, o il rilevamento della rotazione nei giroscopi a fibra. Il modo ideale per trasportare la luce è in una fibra ottica, ma che normalmente porta a un incerto, stato di polarizzazione vagante e deriva nel sensore. È una grande sorpresa scoprire che alcuni tipi di fibra a nucleo cavo possono preservare una polarizzazione stabile su lunghe distanze e questa osservazione avrà un enorme impatto sui sensori ottici di prossima generazione.

"Le fibre a nucleo cavo continuano a stupirci in modi che sembrano come se la fibra non fosse presente, proprio come un vuoto senza diffrazione".