Коллектив российских и индийских ученых исследовал характеристики двух видов микроструктурированных оптических волокон. Эта работа показывает новые возможности для повышения эффективности передачи данных. Результаты опубликованы в сборнике трудов конференции SPIE «Оптические технологии для телекоммуникаций».
Физики из МФТИ с коллегами из России и Индии провели тщательное моделирование распространения света в двух типах микроструктурированных оптических волокон. Они определили их модовые и дисперсионные свойства. В этих волокнах свет движется по периодически расположенным светопроводящим каналам. Обычно это воздушные отверстия или другие элементы, обладающие показателем преломления, отличным от основного материала волокна. Такие волокна обладают преимуществами перед обычными односердцевинными волокнами благодаря возможности настраивать эффективный показатель преломления. Это позволяет поддерживать ограниченное число мод, настраивать хроматическую дисперсию и межмодовую задержку, что необходимо для телекоммуникационных и сенсорных приложений. Сложная волноведущая структура, в свою очередь, способствует усилению нелинейных эффектов, таких как частотное удвоение или генерация гармоник.
«В работе мы представили сравнительные результаты модового анализа, выполненного для двух недавно разработанных и успешно изготовленных кварцевых микроструктурированных оптических волокон»,— рассказал Александр Игуменов, доцент кафедры общей физики МФТИ.
Ученые проанализировали дисперсионные параметры двух типов новых волокон с гексагональной микроструктурой. В одном из волокон ассиметричная сердцевина выполнена в виде пропуска одного отверстия, а во втором — в виде кольцевой структуры. Моделирование показало, что волокно с асимметричным сердечником поддерживает только 2 моды. В то время как другое волокно — 12 мод благодаря сложной геометрии сердцевины. Дисперсионные расчеты показали, что асимметричное волокно меньше расширяет световые импульсы, чем кольцевое волокно, что важно для применений в телекоммуникациях.
Рисунок. Микрофотографии торцов исследуемых микроструктурированных оптических волокон. Источник: сборник трудов конференции SPIE «Оптические технологии для телекоммуникаций — 2024»
Ограниченная поддержка мод в асимметричном волокне делает его идеальным для маломодовых приложений, таких как высокоточные датчики деформации или температуры, где требуется стабильность сигнала. Тогда как многомодовая пропускная способность второго волокна имитирует волокна с кольцевой сердцевиной, что многообещающе для передачи вихревого пучка в телекоммуникационных системах нового поколения. Такие пучки используются для пространственного разделения каналов, что увеличивает пропускную способность за счет передачи нескольких независимых данных по одному волокну.
Результаты открывают новые горизонты в исследовании микроструктурированных оптических волокон со сложным дизайном сердцевины. Эти волокна перспективны для применений в разработке новых способов и реализующих их устройств доставки оптического сигнала искомого селективного модового состава с заданными параметрами передачи. На их основе возможно создание устройств, выполняющих функции фильтрации, конвертации, коммутирования, переключения, мультиплексирования и управления отдельными параметрами передачи модовых компонент заданного порядка, в том числе для систем, реализующих технологию модового, или пространственного, мультиплексирования.
_______________________________________
В работе участвовали ученые из МФТИ, Национального технологического института Малавии (Индия), ООО «Т8», Поволжского государственного университета, АО «Научно-производственное объединение „Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова”», ООО «Оптоволоконная лаборатория», Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций, Объединенного института высоких температур и Университета Манипал (Индия).
Научная статья: Alexander Yu. Igumenov, Anton V. Bourdine, Anastasia A. Demenkova, Kirill V. Osadchii, Elena S. Zaitseva, Vladimir V. Demidov, Egishe V. Ter-Nersesyants, Ankur Saharia, Ghanshyam Singh, Manish Tiwari, «Comparison of guided mode dispersion parameters in two different type microstructured optical fibers: asymmetric with displaced core and quasi-ring configuration», Proc. SPIE 13738, Optical Technologies for Telecommunications 2024, 137380M (14 August 2025); https://doi.org/10.1117/12.3067569
