Pesquisadores desenvolvem método para suprimir retroespalhamento, melhorando a transmissão óptica de dados

Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, Champaign, IL

Engenheiros da Universidade de Illinois descobriram uma maneira de redirecionar ondas de luz desajustadas para reduzir a perda de energia durante a transmissão óptica de dados. Num estudo, os investigadores exploraram uma interacção entre ondas luminosas e sonoras para suprimir a dispersão da luz proveniente de defeitos materiais – o que poderia levar a uma melhor comunicação por fibra óptica.
O professor de ciências mecânicas e engenharia Gaurav Bahl, à esquerda, e o estudante de pós-graduação Seunghwi Kim confirmaram que as ondas de luz retroespalhadas podem ser suprimidas para reduzir a perda de dados em sistemas de comunicações ópticas. (Foto cortesia de Julia Stackler)
As ondas de luz se espalham quando encontram obstáculos, seja uma rachadura em uma janela ou uma pequena falha em um cabo de fibra óptica. Grande parte dessa luz se espalha para fora do sistema, mas parte dela se espalha de volta em direção à fonte – um fenômeno chamado retroespalhamento. Sempre há um pouco de imperfeição e um pouco de aleatoriedade nos materiais usados ​​em qualquer tecnologia de engenharia. Por exemplo, a fibra óptica mais perfeita usada para transmissão de dados de longo alcance ainda pode ter algumas falhas invisíveis. Essas falhas podem ser resultado da fabricação ou podem aparecer ao longo do tempo como resultado de alterações térmicas e mecânicas no material. Em última análise, tais falhas estabelecem os limites de desempenho de qualquer sistema óptico.

Alguns estudos anteriores mostraram que a retrodifusão indesejável pode ser suprimida em materiais especiais que possuem certas propriedades magnéticas. No entanto, estas não são opções viáveis ​​para os sistemas ópticos atuais que utilizam materiais transparentes e não magnéticos, como silício ou vidro de sílica. No novo estudo, os pesquisadores usaram uma interação da luz com ondas sonoras, em vez de campos magnéticos, para controlar a retroespalhamento.

As ondas de luz viajam através da maioria dos materiais na mesma velocidade, independentemente da direção, seja para frente ou para trás. Mas, ao usar algumas interações optomecânicas sensíveis à direção, os pesquisadores são capazes de quebrar essa simetria e efetivamente encerrar a retroespalhamento. É como criar um espelho unidirecional. Ao bloquear a propagação para trás de uma onda de luz, ela não tem para onde ir quando encontra um dispersor e não tem outra opção a não ser continuar avançando.

Para demonstrar esse fenômeno, a equipe enviou ondas de luz para uma pequena esfera feita de vidro de sílica, chamada microrressonador. No interior, a luz viaja ao longo de um caminho circular como uma pista de corrida, encontrando defeitos na sílica repetidas vezes, amplificando o efeito de retroespalhamento. A equipe então usou um segundo feixe de laser para ativar a interação luz-som apenas na direção reversa, bloqueando a possibilidade de dispersão da luz para trás. O que teria sido energia perdida continua avançando, apesar dos defeitos do ressonador.

“Ser capaz de impedir a retrodifusão é significativo, mas parte da luz ainda é perdida devido à dispersão lateral, sobre a qual os cientistas não têm controle”, disse o pesquisador principal, professor de ciências mecânicas e engenharia, Gaurav Bahl. "O avanço é, portanto, muito subtil nesta fase e apenas útil numa largura de banda estreita. No entanto, a simples verificação de que podemos suprimir a retroespalhamento num material tão comum como o vidro de sílica sugere que poderíamos produzir melhores cabos de fibra óptica ou mesmo continuar a usar cabos antigos e danificados já em serviço no fundo dos oceanos do mundo, em vez de ter que substituí-los."

Tentar o experimento em cabos de fibra óptica será o próximo passo para mostrar que esse fenômeno é possível nas larguras de banda exigidas nas comunicações de fibra óptica. “O princípio que exploramos já foi visto antes”, disse Bahl. "A verdadeira história aqui é que confirmamos que a retrodifusão pode ser suprimida em algo tão simples como o vidro, utilizando uma interação optomecânica que está disponível em todos os materiais ópticos. Esperamos que outros investigadores examinem também este fenómeno nos seus sistemas ópticos, para avançar ainda mais a tecnologia."

Para mais informações, entre em contato com Gaurav Bahl em Este endereço de e-mail está protegido contra spambots. Você precisa ter o JavaScript habilitado para visualizá-lo.