使用空氣來放大中空光纖中的光

2020-08-27 工程學習

充滿空氣或氣體的新型中空光纖。

「這個想法在我腦海中徘徊了大約15年，但是我沒有時間或資源來做任何事情。」 但是現在，EPFL工程學院光纖小組負責人LucThévenaz終於實現了這一夢想：他的實驗室已經開發出一種技術，可以放大最新空心光纖內部的光。

平方圓

當今的光纖通常具有堅固的玻璃芯，因此內部沒有空氣。光可以沿著光纖傳播，但在15公裡後會損失一半的強度。它一直在減弱，直到在300公裡處幾乎無法檢測到為止。因此，要保持光線移動，必須定期進行放大。

Thévenaz的方法基於填充有空氣或氣體的新型空心光纖。「空氣意味著衰減較小，因此光可以傳播更長的距離。這是真正的優勢。」教授說。但是在像空氣這樣的稀薄物質中，光線很難放大。「這就是問題的癥結所在：當阻力較小時，光的傳播速度更快，但與此同時，作用起來卻更加困難。幸運的是，我們的發現使這個圈子成為了平方。」

從紅外線到紫外線

那麼研究人員做了什麼？「我們只是向纖維中的空氣增加壓力，以使我們獲得一定的阻力，」博士後生範揚解釋說。「它的工作方式與光鑷類似-空氣分子被壓縮並形成規則間隔的簇。這樣就產生了一個聲波，該聲波的幅度增大了，並且有效地將來自強大光源的光衍射到了減弱的光束上，從而被放大多達100,000倍。」 因此，他們的技術使燈光更加強大。他解釋說：「我們的技術可以應用於從紅外線到紫外線以及任何氣體的任何類型的光。」 他們的發現剛剛發表在《自然光子學》上。

極其精確的溫度計

展望未來，該技術除了光放大之外還可以用於其他目的。例如，空心光纖或壓縮氣體光纖可用於製造極其精確的溫度計。「我們將能夠測量光纖上任何一點的溫度分布。因此，如果大火沿著隧道開火，我們將根據給定點的溫度升高確切地知道起火的地方。」博士生Flavien Gyger說。通過使光纖中的光停滯一微秒，該技術還可以用於創建臨時的光學內存，這是目前可能的十倍。

參考：「使用空心波導在氣體中進行強烈的布裡淵放大」，Fan Yang，Flavien Gyger和LucThévenaz於2020年8月10日發表於Nature Photonics。
DOI：10.1038 / s41566-020-0676-z

相關焦點

  • 空氣光放大！空芯光纖新紀錄
    該團隊利用氣體布裡淵效應實現了空芯光纖裡的光放大，將信號放大了200,000倍，其實現的增益係數比之前的所有基於氣體布裡淵效應的工作至少提高了6個數量級，並且首次證實空芯光纖裡的增益能遠遠大於標準單模光纖。基於此原理，該團隊還分別展示了一種全新的氣體雷射器和傳感器。
  • 空氣光放大20萬倍！空芯光纖新紀錄
    撰稿 | 楊帆（論文第一作者&通訊作者）01導讀空氣和各種氣體都能被用來實現很強的光放大？近日，瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）Luc Thévenaz教授團隊回答了這個問題。因此，空芯光纖被普遍認為是有可能成為下一代光通信骨幹網的重要組成，因此也是當前世界範圍內光纖研究的最前沿。雖然空芯光纖在光通訊中具有非常重要的應用前景，但是空芯光纖裡的光放大是一個長期存在的難題。因為不像實芯光纖那樣可以簡單的使用摻雜來進行光放大，空芯光纖裡的光絕大部分傳輸在空氣孔裡，摻雜光放大的效率非常有限。
  • Nature子刊:空氣光放大,空芯光纖新紀錄
    原創 長光所Light中心 中國光學撰稿 | 楊帆（論文第一作者&通訊作者）01導讀空氣和各種氣體都能被用來實現很強的光放大？因此，空芯光纖被普遍認為是有可能成為下一代光通信骨幹網的重要組成，因此也是當前世界範圍內光纖研究的最前沿。雖然空芯光纖在光通訊中具有非常重要的應用前景，但是空芯光纖裡的光放大是一個長期存在的難題。因為不像實芯光纖那樣可以簡單的使用摻雜來進行光放大，空芯光纖裡的光絕大部分傳輸在空氣孔裡，摻雜光放大的效率非常有限。
  • 喇曼和摻鉺光纖放大器在WDM系統中的應用
    如果頻率為 wP泵浦光和wS的信號光（信號光波長在泵浦光的喇曼增益帶寬內）通過波長選擇耦合輸入光纖，當這兩束光在光纖中一起傳輸時，泵浦光的能量通過SRS效應轉移給信號光，使光信號得到放大，泵浦光和信號光可分別在光纖的兩端輸入，在反向傳輸的過程中同樣能實現弱信號的放大。
  • 新型中空光纖:在某些重要波長上比實心纖維更加清晰
    John Russell指出，微結構光纖可以通過阻擋某些波長的光在空心芯層中的傳輸，從而在空心芯層中引導光，此後，人們對空心芯光纖的興趣開始升溫，光纖中的充氣微結構非常複雜，而這些「光子帶隙」光纖使有限波長的傳輸變得不實用。 近年來，南安普頓的Francesco Poletti開創了一系列新的實驗性纖維，這些纖維的微觀結構僅限於纖維的空心芯，這與Russell的基本理念不同。
  • 充滿氮氣的中空光纖使得雷射的光譜可調製到紅外波長的範圍
    江蘇雷射聯盟導讀：來自加拿大的研究人員，報導了一種新的可以調製雷射光譜到紅外的波長範圍的新技術，使用充滿氮氣的中空光纖來傳輸比輸入的雷射脈衝要短的光學脈衝，可以實現高的空間質量的傳輸。而現有的超快雷射技術，要麼不能，要麼不太容易在紅外波長範圍內實現調製，需要非線性的工藝、階段和/或部件來轉移發射的波長。
  • 光纖放大器作用都有哪些_光纖放大器原理及其應用
    傳統的光纖傳輸系統是採用光—電—光再生中繼器，這種中繼設備影響系統的穩定性和可靠性，為去掉上述轉換過程，直接在光路上對信號進行放大傳輸，就要用一個全光傳輸型中繼器來代替這種再生中繼器。當適當的光信號通過時，亞穩態電子會發生受激輻射效應，放射出大量同波長光子，但因為存在振動能階，所以波長不是單一的而是一個範圍，典型值為1530nm~1570nm。 　　五、EDFA在CATV傳輸系統中應用 　　在CATV1550nm系統中使用EDFA，信號可以被分配到大量的終端用戶和遠距離用戶。
  • 光纖放大器原理
    .htm　　光纖放大器，其英文名稱為OpticalFiberAmplifier，簡稱為OFA，它是指運用於光纖通信線路中，可以實現將信號放大的一種新型全光放大器。此技術就是在光纖的纖芯中摻入可以產生雷射的稀土元素，通過雷射器提供的直流光激勵，使通過的光信號得到放大。它適用的設備有摻鉺光纖放大器(EDFA)、摻鐠光纖放大器(PDFA)以及摻鈮光纖放大器(NDFA)，目前光放大技術主要是採用EDFA。
  • 光纖放大器的常規調節方法詳解詳析
    空氣中的散射粒子，會使光線在空間、時間和角度上產生不同程度的偏差。大氣中的粒子還可能吸收雷射的能量，使信號的功率衰減，在無線光通信系統中光纖通信系統低損耗的傳播路徑已不復存在。大氣環境多變的客觀性無法改變，要獲得更好更快的傳輸效果，對在大氣信道傳輸的光信號就提出了更高的要求，一般地，採用大功率的光信號可以得到更好的傳輸效果。
  • 光在光纖中的傳輸路徑是怎樣的?
    本文轉載自【微信公眾號：通信百科，ID:Txbaike】經微信公眾號授權轉載，如需轉載與原文作者聯繫首先我們說說是不是所有的入射光都可以在光纖中傳輸。我們知道，當光波從高折射率介質入射到低折射率介質時，在邊界處會發生反射和折射，當入射角超過臨界角時會發生全反射。
  • 中空纖維提升了下一代科學儀器的發展前景
    該新型光纖的最新進展發表在本周的Nature Photonics上，強調了該技術在下一代光學幹涉儀系統和傳感器中的應用潛力。中空光纖通過在空氣或真空填充的芯子中引導光繞著彎道彎曲，將最先進的幹涉儀的自由空間傳播性能與現代光纖的長度尺度相結合。
  • 通信網絡中光纖的應用現狀及發展趨勢
    為了利用光纖的1550nm長窗口的低損耗特性和成熟的光放大技術(EDFA)，而又想具有低色散，可以對光纖的結構進行設計，從而使零色散波長產生位移，設計出了色散位移光纖，即G.653光纖。在c波段，由大有效面積光纖構成的以10Gbit/s為基礎的高密集WDM系統信噪比較高，誤碼率較低，光放大器的間隔較長，因而得到了廣泛的應用。寬帶光傳輸用非零色散光纖寬帶非零色散平坦光纖以G.656光纖為例，其特點是在工作波長範圍內色散應大於所要求的非零值，有效面積合適，色散斜率基本為零。
  • 光纖放大器/EDFA,光纖放大器/EDFA的原理和分類
    PDFA)等；(3)非線性光纖放大器，主要是光纖喇曼放大器(FRA，Fiber Raman Amplifier)。這些光放大器的主要性能比較見表EDFA(摻鉺光纖放大器)石英光纖摻稀土元素(如Nd、Er、Pr、Tm等)後可構成多能級的雷射系統，在泵浦光作用下使輸入信號光直接放大．提供合適的反饋後則構成光纖雷射器。
  • 光纖放大器工作原理及其在無線光通信的應用
    與微波通信相比，無線光通信所使用的雷射頻率高，方向性強(保密性好)，可用的頻譜寬，無需申請頻率使用許可；與光纖通信相比，無線光通信造價低，施工簡便、迅速。它結合了光纖通信和微波通信的優勢，已成為一種新興的寬帶無線接人方式，受到了人們的廣泛關注。但是，惡劣的天氣情況，會對無線光通信系統的傳播信號產生衰耗作用。空氣中的散射粒子，會使光線在空問、時間和角度上產生不同程度的偏差。
  • 混合光纖放大器研究
    混合光纖放大器研究 王春楠,唐棣芳 發表於 2012-03-20 10:58:45 　　引言 　　在實際應用中，光纖放大器的增益平坦度使長距離傳輸系統設計中的一個重要參數，所以需要對普通FRA進行優化設計
  • 相敏放大器減少光纖傳輸中受到噪聲和非線性效應信號失真的影響
    打開APP 相敏放大器減少光纖傳輸中受到噪聲和非線性效應信號失真的影響 工程師曾玲 發表於 2018-07-10 16:47:00
  • 光纖放大器中強度噪聲對橫向模式不穩定的影響
    ，該結論進一步加深了對橫模模式不穩定產生機理的認識，為提升光纖放大器的功率提供了新的思路。   光纖雷射具有轉換效率高、結構緊湊、可柔性操作等突出優勢，已在多個領域得到廣泛應用。近年來新發現的橫向模式不穩定效應是限制高光束質量光纖雷射輸出功率提升的重要因素。橫向模式不穩定效應是指光纖內基模和高階模之間發生快速動態耦合導致光束質量退化的現象，有明顯的閾值特性，普遍認為由高功率狀態下增益光纖中的模間幹涉光場和熱致折射率光柵間發生相移引起。
  • 光纖布線超過100km需要的光纖放大器有哪幾種你知道嗎?
    本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201808/384995.htm當傳輸距離過長時(大於100 km)，光信號會有很大的損耗，過去人們通常使用光中繼器來放大光信號，這種設備在實際應用中有一定的限制，現已逐漸被光纖放大器取代，光纖放大器的工作原理如下圖所示，它可以直接對光信號進行放大，而不需要經過光-電-光轉換的過程。
  • 讓光纖通信整體上一個新臺階的光纖放大器
    在80年代隨著光纖放大器技術的產生，光纖通信領域經歷了新一次的歌名，光纖放大器的出現開創了C波段的波分復用WDM，也使得全光傳輸、光弧子等傳輸的傳輸速率更高、傳輸容量更大、傳輸距離更長。光纖放大器能直接對光信號進行放大，因此它成為光通信發展過程中的一項關鍵技術，由於這項技術不受光信號調製形式及比特率的影響，使得它在光纖通信領域中得到了較為廣泛的應用。
  • 聲波可讓光纖中的光變「聽話」
    （圖中紅色為減慢，藍色為加快，黃色顯示封鎖效應）　　要讓一根光纖只向一個方向傳導光，方法已經不止一種。最近，美國伊利諾伊大學厄本那-香檳分校研究人員首次實驗證明了用布裡淵散射引致透明（BSIT）可以實現這種效果，BSIT效應允許光向前傳播，而向後傳播的光被強烈吸收，還可以讓光纖中的光加快、減慢甚至停止。這種非交互的性質是構建絕緣器和環形器的基本條件，也是光學設計中必不可少的工具之一。