Прорив: нове оптоволокно передає дані на 45% швидше

Незважаючи на те, що сучасний світ значною мірою залежить від цифрового оптичного зв'язку, протягом приблизно 40 років не спостерігалося значного покращення мінімального затухання – міри втрати оптичної потужності на кілометр пройденого шляху – оптичних волокон. Зменшення цих втрат означатиме, що сигнал може поширюватися далі без посилення, що призведе до передачі більшої кількості даних на більші відстані, швидшого Інтернету та ефективніших мереж.
  
Сучасні волокна передають світло через кремнієві серцевини, які мають обмежені можливості для зменшення втрат. Іншим варіантом є порожнисте волокно (Hollow-core Fiber - HCF), яке теоретично дозволяє досягати вищих швидкостей завдяки здатності світла швидше поширюватися по повітрю, ніж через кремнезем. Тим не менш, вчені намагалися розробити HCF, які насправді працювали б краще, ніж кабелі на основі кремнезему. У більшості випадків затухання було гіршим або конструкція була непрактичною.

Але тепер дослідники з Університету Саутгемптона та Microsoft стверджують, що зробили прорив у розробці HCF у нещодавно опублікованому дослідженні в Nature Photonics. Нове волокно досягає рекордно низьких втрат 0,091 дБ/км на довжині хвилі 1550 нм, порівняно з мінімальними втратами 0,14 дБ/км для волокон на основі кремнезему. Нова конструкція підтримує низькі втрати близько 0,2 дБ/км у смузі пропускання 66 ТГц та може похвалитися на 45% вищою швидкістю передачі.

Автори дослідження пояснюють: «Втрати нижче 0,2 дБ/км, сумісні з міжміським зв'язком, стають можливими від 700 нм до понад ~2400 нм. Це дає можливість оптимізувати довжини хвиль передачі на основі того, де оптоелектронні компоненти та технології підсилення забезпечують найкращу продуктивність, та досягти найнижчої вартості на біт, а також можливість забезпечити передачу з низькими втратами на довжинах хвиль, які досі були недоступні».

Використовуючи передове моделювання, дослідники мінімізували три основні механізми втрат: витік, поверхневе розсіювання та мікровигин, і протестували волокна довжиною до 15 км, щоб підтвердити свої результати. Нове волокно являє собою різновид вкладеного антирезонансного безвузлового порожнистого волокна (Double Nested Antiresonant Nodeless hollow core Fiber — DNANF) з повітряною серцевиною, оточеною ретельно розробленою скляною мікроструктурою.

Команда вважає, що подальші дослідження можуть ще більше зменшити втрати, можливо, до 0,01 дБ/км, а також допомогти налаштувати волокно для роботи з низькими втратами на різних довжинах хвиль. Однак навіть досягнуті втрати відкривають потенціал для довших непідсилених прольотів у підводних та наземних кабелях, а також для потужних лазерних доставлянь та зондування, серед іншого.

Автори завершують словами: «У світлі опублікованих результатів ми впевнені, що завдяки прогресу в обсягах виробництва, геометричній узгодженості та зменшенню присутності поглинаючих газів в серцевині, DNANF зарекомендують себе як ключова хвилеводна технологія. Ця інновація має потенціал для наступного технологічного стрибка в передачі даних».

Валідація моделювання

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI