Fiber optik kablolarda ışık kaybına son: Topolojik fotonikle optik otoyol

Maryland Üniversitesi (UMD) ve ABD Kara Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarı (ARL) bilim insanları, fiber optik sistemlerde sinyal kaybı ve veri sızıntısını önlemeye yönelik yeni bir yöntem geliştirdi. Saç teli inceliğindeki saf silika cam fiberlerin yüzeyine işlenen mikroskobik yapılar, ışığın hassas biçimde kontrol edilmesini sağladı. 

Nature Communications dergisinde yayımlanan çalışmayla, matematiksel topoloji ilkelerine dayanan 'topolojik fotonik' teknolojisi ilk kez geleneksel fiber kablo platformuna uygulandı. Bulgular, modern haberleşme ve yüksek hızlı veri iletim altyapıları için yeni bir yaklaşım ortaya koydu.

21 MİKRO REZONATÖR 

UMD Yardımcı Doçenti Avik Dutt liderliğindeki ekip, standart cam fiberlerin yüzeyinde mikro rezonatör adı verilen mikroskobik çıkıntılar oluşturdu. Bunun için nanometre altı hassasiyete sahip özel lazerler kullanıldı. Birbirine entegre edilen 21 mikro rezonatör, ışık dalgalarını kablo içindeki pürüzlerin, kıvrımların veya çevresel engellerin etrafından yönlendiren tek yönlü bir 'optik otoyol' oluşturdu.

Araştırmacılar, mikroskobik sınırları geçen ışık dalgalarının davranışını öngörmek ve yönetmek için yeni bir matematiksel model de geliştirdi. Bu yaklaşımla sinyal bozulmaları ve veri saçılmaları tamamen engellendi.

ESNEK FİBER MİMARİSİ 

Yeni fiber cihazlar, geleneksel mikroçiplere kıyasla esnek ve düşük maliyetli bir mimari sunuyor. Yüksek güç tüketen ek bileşenlere veya ağır soğutma sistemlerine ihtiyaç duyulmuyor. Üretim sonrasında yapılandırmanın değiştirilmesi gerektiğinde, mikro çıkıntılar hedefli lazer ısısıyla yeniden şekillendirilebiliyor.

Soğutma sistemleri ve büyük vakum odaları olmadan sıfıra yakın sinyal kaybıyla çalışan yapı, karmaşık ışık sinyallerini yüksek verimlilikle işleyebiliyor.

SAVUNMADA KULLANIM POTANSİYELİ 

Proje, ABD Ordusu Muharebe Yetenekleri Geliştirme Komutanlığı ile yapılan İşbirliğine Dayalı Araştırma ve Geliştirme Anlaşması (CRADA) kapsamında yürütüldü. Çalışmanın ortak yazarlarından ARL fizikçisi Dashiell Vitullo, bulguların askeri iletişim ağlarının hızını ve güvenilirliğini artıracağını belirtti.

Vitullo, teknolojinin GPS sinyallerinden bağımsız çalışabilen kuantum navigasyon sensörlerinin önünü açacağını ve gelişmiş malzeme simülasyonlarına ivme kazandıracağını ifade etti.

Savunma ve kuantum teknolojilerinde geniş kullanım potansiyeli taşıyan sistem için bir sonraki hedef, sentetik boyutlar oluşturarak fiberlerin taşıyabileceği bilgi kapasitesini katlayarak artırmak.