A próxima geração de fibra óptica pode estar um passo mais perto, pois um novo estudo mostrou que as fibras com um centro oco, criado em Southampton, poderia reduzir a perda de energia atualmente experimentada em fibras de vidro padrão.

A crise do COVID-19 fez com que pessoas em todo o mundo mudassem rapidamente seu trabalho e sua vida social online e as comunidades nunca confiaram mais na Internet. O número cada vez maior de chamadas e webinars da Zoom destacou a necessidade de continuar avançando na tecnologia que tornou isso possível.

Por mais de 50 anos, as fibras ópticas feitas de vidro de sílica têm sido o meio de transmissão preferido para comunicações ópticas de alta velocidade - alimentando a Internet global e os serviços baseados em nuvem usados ​​por residências e empresas em todo o mundo. Eles também são usados ​​para detectar instalações de petróleo e gás, monitoramento estrutural para ferrovias e pontes, endoscópios médicos e muitas outras aplicações como parte de um mercado global de US $ 40 bilhões.

Contudo, devido ao "espalhamento" da luz dentro do vidro, uma fração da potência transmitida é perdida, um processo conhecido como atenuação, e essa perda de energia se torna cada vez mais um problema à medida que o comprimento de onda da luz é encurtado. Essa maior perda de transmissão através da fibra representa uma séria limitação ao desempenho de todos os aplicativos que exigem comprimentos de onda mais curtos.

Neste novo estudo, publicado em Nature Communications , pesquisadores da Universidade de Southampton demonstraram que orientar a luz através de fibras cheias de ar oferece uma maneira potencial de superar esse limite de atenuação intransponível definido pelo espalhamento do vidro.

Uma equipe do Centro de Pesquisa Optoeletrônica (ORC) da Universidade criou três fibras de núcleo oco diferentes, com perdas comparáveis ​​ou inferiores às alcançadas em fibras de vidro sólidas em torno de comprimentos de onda tecnologicamente relevantes de 660, 850 e 1, 060 nanômetros. A menor atenuação, em uma fibra que guia a luz através do ar, oferece o potencial para avanços nas comunicações quânticas, transmissão de dados, e entrega de potência do laser.

O professor Francesco Polettif, do ORC, disse:"Muitos tipos de vidro alternativos e tecnologias de guia de ondas foram investigados desde a década de 1970 para tentar resolver este problema, Tudo em vão."

"Nossas descobertas mostram que as fibras de núcleo oco têm o potencial de superar as fibras ópticas atuais em vários comprimentos de onda usados ​​na tecnologia óptica hoje. Não só têm menor atenuação, eles também podem suportar intensidades de laser mais altas, como aqueles necessários para derreter rochas e perfurar poços de petróleo, além de produzir lasers mais eficientes para a fabricação. "

O professor Poletti acrescentou que as fibras de núcleo oco também podem transmitir pulsos de laser não distorcidos com níveis de potência de pico tão altos que seriam inutilizáveis ​​se transmitidos por fibras de vidro padrão, e preservar a polarização da luz necessária para produzir sensores e endoscópios de imagem mais precisos.

As fibras desenvolvidas e relatadas no artigo são o resultado de mais de dez anos de pesquisa do ORC no desenvolvimento de fibras sem nós anti-ressonantes aninhadas (NANFs), um tipo especial de fibras de núcleo oco que confinam a luz no vazio central graças às finas membranas de vidro que envolvem o núcleo. Suas primeiras fibras tinham atenuações de 5 decibéis (dB), ou seja, apenas 30% da transmissão de luz, para cada metro de fibra. Nova compreensão física com contribuições da comunidade mundial, e desenvolvimento substancial em tecnologia de fabricação liderado pela equipe de Southampton, agora levaram uma das fibras relatadas neste estudo a melhorar isso por um fator de 10, 000 ao atingir uma atenuação de apenas 5 dB a cada 10 quilômetros.

O professor Poletti continuou. "A tecnologia que estamos desenvolvendo tem o potencial de apoiar o desenvolvimento de data centers mais rápidos com menores atrasos para o usuário final, giroscópios mais precisos para missões interplanetárias, fabricação mais eficiente baseada em laser, para citar apenas alguns exemplos."

A equipe da Universidade de Southampton que inventou e desenvolveu esta tecnologia de fibra óptica com financiamento do projeto ERC Lightpipe continua trabalhando para melhorar o desempenho óptico dessas fibras, enquanto produz comprimentos mais longos a um custo menor.

Professor Sir David Payne, diretor do Centro de Pesquisa Optoeletrônica, adicionado, “A capacidade de transmissão das fibras ópticas é tão grande que nunca pensamos que chegaríamos ao ponto em que a usaríamos totalmente. Mas nos últimos cinco a dez anos, percebemos que agora estamos perto de fazer exatamente isso e o impacto do COVID-19 acelerou ainda mais isso. Isso significa que não podemos mais ajustar as fibras convencionais para extrair mais capacidade, mas devemos recorrer à abordagem de marreta de instalar um grande número de novos cabos de fibra. Isso é possível, mas aumenta os custos.

"Um mais rápido, uma internet mais confiável com largura de banda maior nos ajudaria a manter nossos níveis atuais de trabalho e socialização online e também nos permitiria levar isso adiante em áreas como videoconferência 3-D e realidade virtual. "

Professor Poletti disse, "Estamos convencidos de que finalmente podemos ter identificado uma solução com potencial para complementar, e em muitos casos, substituir as fibras de sílica totalmente sólidas que foram o esteio em aplicações domésticas e comerciais por meio século. "