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光纖激光器

新型光纖技術盤點:連續光纖激光器與光速99.7%等

星之球科技 來源:科學中國2014-02-27 我要評論(0 )   

美國威斯康星大學研究人員在發現了一種讓多個(ge) 光束在單股光纖中傳(chuan) 播的方法後,大學工程師們(men) 又發現他們(men) 研發的新型光纖結構能夠傳(chuan) 輸高質量的圖像,並且與(yu) 當今廣泛使用的內(nei) ...

 美國威斯康星大學研究人員在發現了一種讓多個(ge) 光束在單股光纖中傳(chuan) 播的方法後,大學工程師們(men) 又發現他們(men) 研發的新型光纖結構能夠傳(chuan) 輸高質量的圖像,並且與(yu) 當今廣泛使用的內(nei) 窺鏡光纖成像效果類似,甚至效果更佳。

 

  該項發現不僅(jin) 有助於(yu) 研發新一代高速通訊技術,還能為(wei) 生物醫學成像提供幫助。

 

  當今互聯網傳(chuan) 輸數據的主力——傳(chuan) 統光纖僅(jin) 有能通過單束光線的渠道。為(wei) 了能夠傳(chuan) 輸更多數據,電氣工程副教授Arash Mafi 和研究生研究助理Salman Karbasi 在2013年研發出了一種多芯光纖。

 

  Mafi和Karbasi利用一種被稱為(wei) “安德森定域化”的現象設計出一種具有強大散射機製的光纖,這種散射機製能使光束鎖定在光纖內(nei) 。

 

  這種光線由兩(liang) 種可以分散光線的聚合物隨機分布構成。光纖混亂(luan) 的內(nei) 部結構能讓光束穿過光纖並使外側(ce) 凝固,可容納多束光線。

 

  Mafi表示:“我認為(wei) 這種光線可以傳(chuan) 輸圖像。但是據估計分辨率和對比度不會(hui) 非常高。”研究小組使用該種光纖下載了一個(ge) 寬30微米的圖像(約為(wei) 人類頭發粗細的三分之一)。光纖的另一頭連接鏡頭,將放大的圖像投射到屏幕上。Mafi表示這種光纖可實現直接一對一的低像素,高對比度的圖像傳(chuan) 輸。他說:“我們(men) 對能夠使用這種光線傳(chuan) 輸如此高質量的圖像感到十分驚訝,圖像質量並沒有因為(wei) 光纖內(nei) 部雜亂(luan) 無章受到影響。”

 

  參與(yu) 此次編寫(xie) 研究論文的還有威斯康星大學本科生 Ryan Frazier,和克萊姆森大學的Thomas Hawkins 和 John Ballato 。

 

  接下來研究人員將進一步改善光纖構建流程,以減少數據流失。

 

  Nufern推出新型光纖:適用於(yu) 連續光纖激光器

 

  Nufern公司宣布進一步擴充其已經取得成功的匹配型NuMATCH光纖產(chan) 品線,新型係列光纖被稱之為(wei) NuMATCH+或者M+。該係列光纖在技術指標公差控製方麵比M係列光纖高出25%以上,並且在業(ye) 界首次限定的模場直徑(MFD)指標。這些獨一無二的性能導致M+係列光纖家族在有源和無源光纖熔接時能夠獲得最可能低的熔接損耗。

 

  Nufern首先推出的超匹配NuMATCH+光纖包括摻鐿的20/400和30/250大模場光纖以及他們(men) 超匹配的無源光纖,其中20/400-M+光纖是適合連續光纖激光器的理想光纖,尤其適合高功率應用,而30/250-M+光纖則針對脈衝(chong) 應用優(you) 化設計。這些M+係列光纖采用了業(ye) 界最新一代的玻璃組分和最嚴(yan) 格的物理尺寸控製以及模場直徑(MFD)指標控製。進一步提升的公差控製水平以及嚴(yan) 格的模場直徑(MFD)指標控製的M+光纖能夠在有源和無源光纖實現低損耗熔接方麵提升兼容性,使用M+係列光纖能夠實現最堅固的,最低損耗的光纖激光器或者光纖放大器光路鏈路。

 

  光纖產(chan) 品線經理George Oulundsen指出:“為(wei) 了回應客戶對我們(men) 已經成功推出的NuMATCH係列光纖的反饋,我們(men) 決(jue) 定進一步擴充我們(men) 匹配型光纖的產(chan) 品線,退出M+係列光纖,這些超精密匹配光纖在M係列光纖的基礎上提供了更為(wei) 嚴(yan) 格的技術指標公差範圍,並且在光纖業(ye) 界第一次提供了大模場光纖模場直徑(MFD)的技術指標,這將確保用戶在使用M+光纖進行有源和無源光纖熔接時能夠獲得可能最佳的性能表現。”

 

新型光導纖維傳(chuan) 輸速度達光速99.7%

 

  英國南安普頓大學的研究人員製作出一種新型光導纖維,能夠以99.7%的光速傳(chuan) 輸數據。

 

  研究人員利用這種新型光導纖維實現了73.7Tbps的數據傳(chuan) 輸速度——大約相當於(yu) 10TBps,較當今最先進的49Gb光導纖維快了1000倍,而且延遲率為(wei) 降低。

 

  真空中的光速299,792,458米/秒。但在其他介質中的速度通常會(hui) 慢很多。在用石英玻璃製成的常規光導纖維中,光速會(hui) 放慢31%。事實上,光在空氣中的傳(chuan) 輸速度反而快於(yu) 玻璃,正因如此,南安普頓大學的研究人員才使用了一種幾乎完全填充空氣的中空光導纖維。

 

  這並非研究人員首次嚐試製作中空光導纖維,但此前在碰到彎曲部位時遇到了困難。在普通的光導纖維中,玻璃或塑料材料有一定的折射率,可以引導光線在光導纖維內(nei) 的走向,從(cong) 而實現長距離傳(chuan) 輸。而如果移除玻璃或塑料,光線就會(hui) 射向外部,導致信號立刻缺失。每段光導纖維中的玻璃和空氣的接觸麵也會(hui) 產(chan) 生幹擾,並限製整體(ti) 的光頻帶寬。

 

  研究人員通過徹底改進中空設計來克服了這個(ge) 問題,使用了一種光子帶隙邊緣,以及遠好於(yu) 常規光導纖維的延遲率,從(cong) 而使得光線和數據的傳(chuan) 輸速度提升了31%。

 

  為(wei) 了實現73.7Tbps的傳(chuan) 輸速度,研究人員還使用波分複用來傳(chuan) 輸三個(ge) 96信道的模式,每個(ge) 信道的速度為(wei) 256Gpbs。模分複用是一種新技術,涉及到空間濾波——通過偏振器來旋轉信號,以便使用更多的光導纖維。但無論如何,這是目前在實驗室中所能實現的最快的數據傳(chuan) 輸速度之一。

 

  從(cong) 實際應用角度來看,3.5dB/km的損耗完全可以接受,但短期內(nei) 無法替代傳(chuan) 統的光導纖維。不過在數據中心和超級計算機互聯等短距離傳(chuan) 輸領域,這種光導纖維卻可以極大地提升速度,並改善延遲狀況。

 

  新型光纖:可當太陽能電池 比頭發絲(si) 還細

 

  最新一期《先進材料》雜誌上刊登了這樣一則消息:來自賓夕法尼亞(ya) 大學的一支科研團隊成功研製出一種比頭發絲(si) 還細,可以作為(wei) 太能電池使用的矽光纖。據悉,這種光纖的主要功能不是用來傳(chuan) 遞或者使用能量,更多的是產(chan) 生能量。將光纖轉化為(wei) 太陽能電池的邏輯看似就有違正常思路,不過科研人員們(men) 卻完成了這項研究。

 

  在他們(men) 早期的高壓化學技術開發中,嚐試了將太陽能電池材料的微粒一層一層地填入矽光纖的空隙中,結果這種微小的矽光纖竟然真的可以吸收太陽輻射並將其轉化成電能。

 

  這次成功的嚐試另研究人員們(men) 感到無比興(xing) 奮,據該團隊負責人說:“有了這種矽光纖,我們(men) 可以做很多之前想都不敢想的事,比如我們(men) 可以將材料塞進衣服裏,借助衣物就能為(wei) 設備充電,或者是用它製成化學傳(chuan) 感以及生物醫學設備。”

 

  新型光纖讓看3D電影不戴眼鏡成為(wei) 可能

 

  麻省理工學院的電氣工程師和材料科學家近日製造出一種神奇的光纖,用其編織成的柔性顯示屏可以播放3D圖像而觀眾(zhong) 不必佩戴特製眼鏡來觀看。該研究近期發表在《自然·光學》網站上。

 

  說起3D立體(ti) 顯示技術,我們(men) 會(hui) 立即想起3D電影,呈現在眼前的立體(ti) 效果令人有逼真的、身臨(lin) 其境的感覺。但如今主流的3D立體(ti) 顯示技術仍然不能使我們(men) 擺脫特製眼鏡的束縛,這使得其應用範圍以及使用舒適度都打了折扣,而且不少3D技術若長時間體(ti) 驗,會(hui) 讓觀眾(zhong) 產(chan) 生惡心眩暈等感覺。於(yu) 是,3D立體(ti) 顯示能夠持續發展的動力,就落到了裸眼3D顯示技術這一前沿科技身上。

 

  光纖的工作原理是,在發送端首先要把傳(chuan) 送的信息(如話音)變成電信號,然後調製到激光器發出的激光束上,使光的強度隨電信號的幅度(頻率)變化而變化,並通過光纖發送出去;在接收端,檢測器收到光信號後把它變換成電信號,經解調後恢複原信息。#p#分頁標題#e#

 

  擁有同樣工作原理的新光纖獨特之處在於(yu) ,其纖維的纖芯嵌入了一個(ge) 微小的液滴。當激光照射液滴時,會(hui) 發生散射。纖芯的四周覆以多層不同光學性質的材料,發揮鏡子一樣的作用,這樣就可以有效地創造出360度的激光束。光纖纖芯的四周還有四個(ge) 通道,灌入液晶,每條通道與(yu) 兩(liang) 個(ge) 電極相連,通過改變施加在液晶上的電壓,可以改變其透明度。雖然結構如此複雜,但這種光纖的直徑僅(jin) 為(wei) 400微米(0.4毫米),而人的頭發的直徑為(wei) 100微米,液晶顯示器的像素大約為(wei) 300微米。

 

 研究人員可以把很多工作控製在一個(ge) “像素”的基礎上進行,即可以沿著纖維從(cong) 頭到尾、從(cong) 前到後製作出無數的激光點。換句話說,如果一個(ge) 電視屏幕由這些纖維構成,這一邊可以顯示一個(ge) 圖像,而另一側(ce) 可以顯示不同的圖像。這樣坐在電視屏幕前的不同觀眾(zhong) ,可以看到完全不同的電視節目。同樣,觀眾(zhong) 不用戴3D眼鏡就可以觀看完美的3D影像,而且坐在電視屏幕後麵的觀眾(zhong) 也能收看。

 

  這種光纖的唯一缺點是,目前在每個(ge) 光纖中還隻能放入一滴液滴。研究人員正在設法讓液滴來回運動的速度足夠快,以形成多像素的效果。更值得注意的是,這種新纖維具有伸展性,可以製成數公裏長。

 

  新纖維可到達人體(ti) 的任何部位,因此可以製成高度精確的醫療裝置。新光纖還可以應用於(yu) 光動力療法,即利用光來激活藥物,光動力療法是目前唯一相對非侵入性的和無毒的治療癌症的方法。

 

 

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