ICCSZ訊 近日,南安普敦大學(xué)光電研究中心的一個研究團(tuán)隊(duì)制作了一種光纖,根據(jù)他們介紹,在這種光纖中光的傳播時間不隨溫度變化而變化。該團(tuán)隊(duì)采用一種巧妙的設(shè)計,通過精確地將光纖在高溫下的伸長與光纖熱致折射率的變化抵消掉,從而提高了光纖中的光線的群速度。結(jié)果驗(yàn)證,這是一種熱延遲系數(shù)(TCD)等于零的光纖,對于應(yīng)用在要求光纖中的時間信號十分精確的領(lǐng)域上具有潛在的優(yōu)勢,比如計量及其他方面的應(yīng)用。
利用空心光子帶隙設(shè)計平衡熱致長度變化與溫度相關(guān)的折射率變化(因此,在光的群體速度)中,南安普敦大學(xué)的研究人員制作了一種光纖,光纖中光的傳播時間不受光纖溫度的影響。圖片由南安普敦大學(xué)Gregory Jasion提供。
從玻璃材料到空氣介質(zhì)的轉(zhuǎn)變
對于每1℃的溫度變化,光信號通過一公里標(biāo)準(zhǔn)實(shí)芯光纖的傳播時間大約改變40ps。在某些領(lǐng)域中,例如傳感應(yīng)用中,光纖中的這種溫度敏感度是一個實(shí)用特性,而不是一個缺陷。但是它卻不免得可能會那些,依賴于精確時間信號的其他應(yīng)用造成破壞,比如說跨越大陸連接光時鐘網(wǎng)絡(luò),物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)同步機(jī)器人制造以及使用光纖延遲線路穩(wěn)定抗低頻噪聲超的精密激光器等。
光纖研究人員已經(jīng)研究了許多方法來降低光纖傳播時間的溫度敏感性。一種方法是對光纖涂覆專門的涂層,幫助抵消其折射率隨溫度變化的變化,根據(jù)新的研究,其中最好的結(jié)果是可以將標(biāo)準(zhǔn)電信光纖的熱敏感性降低到3.7 ps/km/K。
負(fù)責(zé)新“Optica”研究的同一個南安普敦研究小組指出了另一種方法,即用中空光子帶隙光纖設(shè)計取代實(shí)心硅玻璃光纖,其中大部分光功率通過空氣介質(zhì)而不是玻璃材料。由于大約95%的光纖傳播時間對二氧化硅的熱光效應(yīng)的敏感度隨溫度變化而變化,據(jù)報道,這種變化可將傳播時間靈敏度降低到2 ps/km/K。
熱效應(yīng)補(bǔ)償
為了從上面那個2 ps/km/K的靈敏度降到零,南安普頓研發(fā)團(tuán)隊(duì)詳細(xì)地了解了那些能夠決定光在光纖內(nèi)傳播時間的參數(shù)。其中一個參數(shù)當(dāng)然就是光纖的物理長度,它是隨著溫度的升高而增加的。另一個參數(shù)是群速度折射率,ng。而且該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果表明,可以利用正確的光纖特性組合來減少溫度,從而抵消由于光纖的熱致伸長而引起的傳播時間的增加。(這是因?yàn)閚g的減少導(dǎo)致光線在光纖中行進(jìn)更快,其他的都相同。)
在分析和數(shù)值模擬各種涂層和未涂層纖維設(shè)計的細(xì)節(jié)后,由OSA成員Eric Numkam Fokoua領(lǐng)導(dǎo)的南安普敦科學(xué)家們,制作了一個2.8m長的七芯空心光子帶隙光纖樣品,填充率為96.5%,可在約1.55μm的電信光譜區(qū)域工作。然后他們在29°C至82°C的四種溫度設(shè)置下對光纖進(jìn)行了測試。正如模擬分析中預(yù)測的,光纖的TCD測量值為零,這意味著傳播時間對溫度變化完全不敏感——據(jù)我們所知,這是第一次這樣獲得這樣的結(jié)果。
研究人員建議,這些非常低甚至接近零的傳輸時間熱敏感度,應(yīng)該能夠顯著改善具有精確頻率和時序的光信號在光纖中的傳輸能力。他們認(rèn)為,這個結(jié)果代表著“給出了一個對于傳播時間敏感應(yīng)用的最終光纖解決方案”。