Fibre à noyau creux anti résonant

La fibre à âme creuse anti-résonante présente un agencement unique de sept capillaires creux disposés autour d’un cœur creux à l’intérieur de la fibre. Crédit: Arjun Iyer / Renninger lab / Université de Rochester

Une nouvelle fibre optique creuse réduit considérablement le «bruit» interférant avec les signaux qu’elle transmet par rapport aux fibres monomodes désormais largement utilisées, rapportent des chercheurs de l’Université de Rochester.

La fibre à âme creuse anti-résonnante, créée par des chercheurs de l’Université de Floride centrale, produit mille fois moins de «bruit» – et les niveaux les plus bas jamais enregistrés à partir des interférences causées par les phonons acoustiques provenant du verre dans la fibre à température ambiante .

Pour documenter cela, des chercheurs du laboratoire de William Renninger, professeur adjoint d’optique, ont développé une technique de mesure très sensible. Leurs conclusions sont rapportées dans un article publié dans Photonique APL.

«C’est une fibre très précieuse, et malgré l’intérêt suscité par les chercheurs et certaines entreprises, personne n’avait vraiment étudié le comportement des phonons supportés par la structure, et dans quelle mesure elle réduisait réellement le« bruit »», explique Renninger, un expert en optique non linéaire expérimentale et théorique.

Les résultats du laboratoire démontrent de manière concluante que la fibre est une «plate-forme prometteuse pour les applications à faible bruit, telles que le traitement de l’information quantique et les communications optiques», écrit l’auteur principal Arjun Iyer, chercheur associé au laboratoire de Renninger.

Une réponse unique au «bruit»

Le «bruit» fait référence à toute perturbation qui masque ou interrompt un signal envoyé par la lumière à travers une fibre optique. L’une de ces perturbations est causée par les phonons – des ondes acoustiques ou sonores quantifiées qui se produisent aux niveaux atomique et subatomique, dans ce cas dans le verre d’une fibre optique.

Les phonons provoquent la «dispersion» d’un faisceau de lumière sur les ondes acoustiques, créant des faisceaux d’éclats de différentes fréquences, ou couleurs, qui peuvent interférer avec le faisceau principal et réduire son énergie. Alors que certaines formes de diffusion peuvent être utiles pour des applications spécifiques, elles interfèrent avec les applications quantiques et même les communications optiques de base.

Le bruit peut être réduit en refroidissant les fibres à des températures cryogéniques extrêmement basses, mais c’est «très coûteux et compliqué», dit Renninger. Une autre approche consiste à essayer d’utiliser des algorithmes complexes de correction d’erreurs pour corriger le bruit.

La fibre à âme creuse anti-résonante, cependant, représente une solution simple qui fonctionne même à température ambiante. Créée par le co-auteur Rodrigo Amezcua Correa et d’autres chercheurs du CREOL, le College of Optics and Photonics de l’Université de Floride centrale, la fibre présente un arrangement unique de sept capillaires creux disposés autour d’un noyau creux à l’intérieur de la fibre.

Il en résulte un chevauchement minimal entre la couche externe de verre de la fibre et la lumière traversant le noyau, éliminant les interférences des phonons acoustiques émanant du verre.

Les tests effectués par le laboratoire de Renninger ont montré que la disposition est 10 fois plus efficace pour réduire le bruit que les autres conceptions de fibres creuses. «Le peu de bruit qui reste est causé par les ondes acoustiques dans l’air à l’intérieur de la fibre, donc si vous deviez évacuer l’air, ce serait 100 fois plus efficace», dit Renninger. «Vous auriez un bruit incroyablement faible.»

«Si le destin du monde dépendait de la réduction du bruit acoustique dans les fibres optiques, c’est celle que vous voudriez utiliser.»

Référence: «Ultra-low Brillouin scattering in anti-resonant hollow-core fibres» par Arjun Iyer, Wendao Xu, J. Enrique Antonio-Lopez, Rodrigo Amezcua Correa et William H. Renninger, 18 septembre 2020, Photonique APL.
DOI: 10.1063 / 5.0017796

L’étude a été financée par le bureau de recherche de l’armée et le prix CARRIÈRE de la National Science Foundation de Renninger.

Les autres coauteurs sont Wendao Xu, chercheur associé au laboratoire de Renninger, et Enrique Antonio-Lopez, chercheur au CREOL.