抗共振的空心光纤可有效降低“噪声”

罗切斯特大学的研究人员在研究中说，与现在广泛使用的单模光纤相比，一种新型的中空光纤大大减少了光纤中干扰信号的“噪声”。

由中佛罗里达大学的研究人员发明的这种抗共振空心光纤，产生的“噪声”少了一千倍，也是室温下由光纤中的玻璃产生的声子引起的干扰所记录到的最低水平。

为了证明这一点，光学系助理教授威廉·伦宁格（William Renninger）实验室的研究人员开发了一种高灵敏度的测量技术。他们的发现发表在APL Photonics杂志上。

如图所示，抗共振空心光纤的特点是七个空心毛细血管排列在光纤内部的空心芯周围。

 “这是一种非常有价值的光纤，尽管研究人员和一些公司对它很感兴趣，但没有人真正研究过这种结构支撑的声子的行为，以及它在多大程度上降低了‘噪声’，”非线性光学领域的研究专家Renninger说。

该实验室的研究结果最终证明了这种光纤是“低噪声应用的一个很有前途的平台，例如量子信息处理和光通信，”主要作者、Renniger实验室的研究生助理Arjun Iyer写道。

 “噪声”的独特解答

“噪声”是指遮掩或干扰光通过光纤发送信号的任何干扰。其中一种干扰是由声子量子化的声波引起的，这种声波发生在原子和亚原子水平上，在本研究中是在光纤的玻璃中。

声子会使一束光“散射”出声波，产生不同频率或颜色的分裂光束，从而干扰和降低主光束的能量。虽然某些形式的散射对特定的应用是有用的，但它会干扰量子应用甚至基本的光通信。

Renninger说，通过将光纤冷却到极低的低温，可以降低噪声，但这“非常昂贵和复杂”。另一种方法是尝试使用复杂的纠错算法来校正噪声。

然而，抗共振空心光纤代表了一种即使在室温下也能工作的简单解决方案。这是由合著者罗德里戈·阿梅斯库亚·科雷亚（Rodrigo Amezcua Correa）和其他研究人员在中佛罗里达大学的光学和光子学学院创建，它的特点是在光纤内部的空心芯周围排列了七个空心毛细管。

这使得光纤外层的玻璃和穿过纤芯的光之间的重叠最小，消除了来自玻璃的声子的干扰。

Renninger实验室的测试表明，这种结构比其他中空纤维设计的降噪效果高10倍。“剩下的一点噪音是由纤维内部空气中的声波引起的，所以如果你再疏散了空气，效果会提高100倍，”Renninger说，“从而获得难以置信的低噪声状态。如果世界的命运取决于减少光纤中的噪音，那么这就是你想要的。”

原文链接：https://phys.org/news/2020-09-anti-resonant-hollow-core-optical-fiber-noise.html