Quando un'immagine ben definita si propaga dal lato destro al lato sinistro attraverso una fibra multimodale lunga 1 km, il suo profilo spaziale e la sua polarizzazione saranno fortemente distorti. Invertendo il fronte d'onda dell'immagine distorta per entrambe le polarizzazioni contemporaneamente, una tecnica denominata inversione temporale vettoriale, si forma un raggio non distorto dopo il suo passaggio da sinistra a destra attraverso la fibra ottica. Credito:illustrazione di Yiyu Zhou
L'uso di fibre ottiche multimodali per aumentare la capacità informativa di Internet è fortemente ostacolato dalle distorsioni che si verificano durante la trasmissione delle immagini a causa di un fenomeno chiamato crosstalk modale.
Però, I ricercatori dell'Università di Rochester presso l'Institute of Optics hanno ideato una nuova tecnica, descritto in un articolo in Comunicazioni sulla natura, per "capovolgere" il fronte d'onda ottico di un'immagine per entrambe le polarizzazioni contemporaneamente, in modo che possa essere trasmesso attraverso una fibra multimodale senza distorsioni. Al progetto hanno collaborato ricercatori della University of South Florida e della University of Southern California.
L'autore principale Yiyu Zhou, un dottorato di ricerca candidato nel laboratorio di Rochester di Robert Boyd, professore di ottica, traccia un'analogia con un'autostrada a più corsie nel descrivere la sfida che i ricercatori hanno dovuto affrontare.
"Ovviamente, un'autostrada a più corsie è più veloce di una corsia singola, " dice Zhou. "Ma se un corriere è costretto a cambiare dalla corsia A alla corsia B, il pacco verrà consegnato alla destinazione sbagliata. Quando questo accade in una fibra multimodale, quando una modalità spaziale è accoppiata a un'altra durante la propagazione attraverso la fibra, è ciò che chiamiamo diafonia modale. E noi vogliamo sopprimerlo".
La soluzione ideata dai ricercatori prevede la preformatura digitale del fronte d'onda e la polarizzazione di un raggio di segnale che si propaga in avanti per essere il coniugato di fase di un ausiliare, fascio sonda a propagazione all'indietro, in una realizzazione sperimentale di inversione temporale vettoriale.
"Quando un raggio ottico con fronti d'onda perfetti passa attraverso la fibra multimodale, esce malamente distorto, " spiega Boyd, che è anche il Canada Excellence Research Chair in Quantum Nonlinear Optics presso l'Università di Ottawa.
"Se usiamo uno specchio per rimandare indietro il fronte d'onda, diventerà ancora più distorto. Ma se invece la riflettiamo su uno specchio, e capovolgere anche il fronte d'onda da davanti a dietro, la distorsione viene annullata quando le onde tornano indietro attraverso quel mezzo distorsivo. In particolare, dobbiamo eseguire questa procedura per entrambe le polarizzazioni contemporaneamente quando il mezzo di distorsione è una lunga fibra multimodale".
I ricercatori dimostrano che questa tecnologia può migliorare la capacità del canale in una fibra multimodale lunga 1 km.
"La nostra tecnica può essere utilizzata per realizzare multiplexing a divisione di modalità su lunghi, fibre multimodali standard per migliorare significativamente la capacità del canale dei collegamenti di comunicazione ottica, " Zhou dice. "Potrebbe essere usato per aumentare la velocità di Internet di uno o due ordini di grandezza".
La tecnica potrebbe anche essere potenzialmente utilizzata per migliorare l'imaging endoscopico del cervello e di altri tessuti biologici, dice Zhou.
