La prossima generazione di fibra ottica potrebbe essere un passo avanti in quanto un nuovo studio ha dimostrato che le fibre con un centro scavato, creato a Southampton, potrebbe ridurre la perdita di potenza attualmente sperimentata nelle fibre di vetro standard.

La crisi del COVID-19 ha visto persone in tutto il mondo spostare rapidamente il proprio lavoro e la propria vita sociale online e le comunità non hanno mai fatto più affidamento su Internet. Il numero sempre crescente di chiamate e webinar Zoom ha evidenziato la necessità di continuare a far progredire la tecnologia che lo ha reso possibile.

Da oltre 50 anni, le fibre ottiche in vetro di silice sono state il mezzo di trasmissione preferito per le comunicazioni ottiche ad alta velocità, alimentando Internet globale e i servizi basati su cloud utilizzati da famiglie e aziende in tutto il mondo. Sono utilizzati anche per il rilevamento di installazioni di petrolio e gas, monitoraggio strutturale per ferrovie e ponti, endoscopi medici e molte altre applicazioni nell'ambito di un mercato globale da 40 miliardi di dollari.

Però, a causa della "dispersione" della luce all'interno del vetro, si perde una frazione della potenza trasmessa, un processo noto come attenuazione, e questa perdita di potenza diventa sempre più un problema man mano che la lunghezza d'onda della luce si accorcia. Questa maggiore perdita di trasmissione attraverso la fibra pone una seria limitazione alle prestazioni di tutte le applicazioni che richiedono lunghezze d'onda più corte.

In questo nuovo studio, pubblicato in Comunicazioni sulla natura , ricercatori dell'Università di Southampton hanno dimostrato che guidare la luce attraverso le fibre riempite d'aria offre un modo potenziale per superare questo limite invalicabile di attenuazione imposto dalla dispersione del vetro.

Un team dell'Optoelectronics Research Center (ORC) dell'università ha creato tre diverse fibre a nucleo cavo, con perdite paragonabili o inferiori a quelle ottenute nelle fibre di vetro solide intorno a lunghezze d'onda tecnologicamente rilevanti di 660, 850 e 1, 060 nanometri. La minore attenuazione, in una fibra che guida la luce nell'aria, offre il potenziale per progressi nelle comunicazioni quantistiche, trasmissione dati, e erogazione di potenza laser.

Il professor Francesco Poletti dell'ORC ha affermato:"Molti tipi di vetro alternativi e tecnologie di guida d'onda sono stati studiati dagli anni '70 per cercare di risolvere questo problema, tutto inutilmente».

"I nostri risultati mostrano che le fibre a nucleo cavo hanno il potenziale per superare le attuali fibre ottiche a varie lunghezze d'onda utilizzate oggi nella tecnologia ottica. Non solo hanno un'attenuazione inferiore, possono anche sopportare intensità laser più elevate, come quelli necessari per fondere rocce e perforare pozzi petroliferi, oltre a produrre laser più efficienti per la produzione."

Il professor Poletti ha aggiunto che le fibre a nucleo cavo possono anche trasmettere impulsi laser non distorti con livelli di potenza di picco così elevati che sarebbero inutilizzabili se trasmessi da fibre di vetro standard, e preservare la polarizzazione della luce necessaria per produrre sensori ed endoscopi di imaging più accurati.

Le fibre sviluppate e riportate nel documento sono il risultato di oltre dieci anni di ricerca da parte dell'ORC nello sviluppo di Nested Antiresonant Nodeless Fibers (NANF), uno speciale tipo di fibre a nucleo cavo che confinano la luce nel vuoto centrale grazie a sottili membrane di vetro che circondano il nucleo. Le loro prime fibre avevano attenuazioni di 5 decibel (dB), cioè solo il 30% della trasmissione della luce, per ogni metro di fibra. Nuova comprensione fisica con contributi della comunità mondiale, e un sostanziale sviluppo della tecnologia di fabbricazione guidata dal team di Southampton, hanno ora portato una delle fibre riportate in questo studio a migliorarlo di un fattore 10, 000 ottenendo un'attenuazione di soli 5 dB ogni 10 chilometri.

ha proseguito il professor Poletti. "La tecnologia che stiamo sviluppando ha il potenziale per sostenere lo sviluppo di data center più veloci con ritardi più brevi per l'utente finale, giroscopi più precisi per missioni interplanetarie, produzione basata su laser più efficiente, per citarne solo alcuni."

Il team dell'Università di Southampton che ha inventato e sviluppato questa tecnologia in fibra ottica grazie ai finanziamenti del progetto ERC Lightpipe sta continuando a lavorare per migliorare le prestazioni ottiche di queste fibre, pur producendo lunghezze maggiori a un costo inferiore.

Professor Sir David Payne, direttore del Centro di ricerca in optoelettronica, aggiunto, "La capacità di trasmissione delle fibre ottiche è così grande che non avremmo mai pensato di raggiungere il punto in cui l'avremmo utilizzata tutta. Ma negli ultimi cinque-dieci anni, ci siamo resi conto che ora siamo vicini a fare proprio questo e l'impatto di COVID-19 ha accelerato ulteriormente la situazione. Ciò significa che non possiamo più modificare le fibre convenzionali per estrarre più capacità, ma dobbiamo ricorrere all'approccio a mazza di installare un numero enorme di nuovi cavi in ​​fibra. Questo è possibile ma fa aumentare i costi.

"Un più veloce, Internet più affidabile con una larghezza di banda più ampia ci aiuterebbe a sostenere i nostri attuali livelli di lavoro online e socializzazione e ci consentirebbe anche di spingerci oltre in aree come le videoconferenze 3D e la realtà virtuale".

Il professor Poletti ha detto "Siamo convinti di aver finalmente individuato una soluzione con il potenziale per completare, e in molti casi, sostituire le fibre di silice completamente solide che sono state il pilastro delle applicazioni domestiche e commerciali per mezzo secolo".