Міжнародна група дослідників розробила новий тип оптоволокна з двовимірним топологічним захистом світлового сигналу. Головна особливість такої технології полягає в тому, що світло всередині волокна здатне автоматично обходити дефекти та механічні пошкодження, не змінюючи напрямку поширення. Результати дослідження опубліковано в журналі Nature Photonics.

Як працює нова технологія

На відміну від традиційних багатожильних оптоволокон, у яких світло може переходити між різними серцевинами та створювати шум, нова структура утримує кожен канал у топологічно захищеному стані.

Оптоволокно складається з великої кількості світловодних серцевин, впорядкованих у спеціальну решітку. Під час виробництва волокно скручують, і саме ця особливість формує специфічні топологічні стани світла.

У результаті світло поширюється спіральною траєкторією і не переходить у сусідні канали. Якщо сигнал натрапляє на дефект, вигин або іншу перешкоду, він просто огинає її, продовжуючи рух у заданому напрямку.

Переваги перед існуючими рішеннями

Існуючі матеріали для топологічних світлових ізоляторів мають низку обмежень — вони часто мають невеликі розміри або є крихкими.

Нове оптоволокно позбавлене цих недоліків. Воно:

• гнучке;
• може виготовлятися кілометровими відрізками;
• має низький рівень втрат, порівнянний зі стандартними телекомунікаційними волокнами.

Крім того, технологія сумісна з наявним виробничим обладнанням, тому її впровадження не потребує спеціалізованих виробничих ліній.

Потенційні сфери застосування

Розробка може знайти застосування у кількох важливих технологічних напрямах.

Зокрема, нове оптоволокно може використовуватися для:

• міжчипових оптичних з’єднань у дата-центрах;
• високошвидкісних оптичних мереж;
• квантових комунікацій, де стабільність сигналу має критичне значення;
• прецизійного зондування у медичній візуалізації та екологічному моніторингу.

За словами доктора Антона Соуслова з Кембридзького університету, нова технологія відкриває цілий клас раніше недосліджених топологічних явищ у оптоволоконних системах.

Наступні етапи дослідження

Наступним кроком дослідники планують масштабувати виробництво до кілометрових відрізків волокна та інтегрувати нову технологію у сучасну телекомунікаційну інфраструктуру.

Раніше також повідомлялося, що міжнародна група вчених із Великої Британії та Німеччини змогла передати квантову інформацію через звичайне оптоволокно. Цей результат наближає створення квантових мереж, які у майбутньому можуть доповнити або частково замінити сучасний інтернет.