Die Forschung zur Verbesserung von Glasfasern ist entscheidend für Fortschritte in zahlreichen photonischen Anwendungen. Vor allem würde sie die Internetleistung verbessern, die stark auf Glasfasern zur Datenübertragung angewiesen ist und bei der die aktuelle Technologie an ihre Grenzen stößt.

Ein kleiner Teil des in eine Glasfaser eingekoppelten Lichts wird während seiner Ausbreitung reflektiert – ein Vorgang, der als Rückstreuung bekannt ist. Diese Rückstreuung ist im Allgemeinen unerwünscht, da sie die in der Glasfaser übertragenen Signale dämpft und die Leistungsfähigkeit vieler faserbasierter Geräte, wie beispielsweise der in Flugzeugen, U-Booten und Raumfahrzeugen eingesetzten Faseroptik-Gyroskope, einschränkt.

Die Fähigkeit, Rückstreuung zuverlässig und genau zu messen, kann jedoch in anderen Fällen von Vorteil sein, beispielsweise bei der Charakterisierung installierter Glasfaserkabel. Hierbei wird die Rückstreuung genutzt, um den Zustand des Kabels zu überwachen und die Position von Kabelbrüchen entlang seiner Länge zu ermitteln.

Die neueste Generation knotenfreier antiresonanter Hohlfasern (NANF), die vom in Southampton geleiteten LightPipe-Forschungsprogramm entwickelt und im Rahmen des Airguide Photonics-Programms auf neue Anwendungsgebiete angewendet wurde, weist eine so geringe Rückstreuung auf, dass diese bisher nicht messbar war.

Um dieses Problem zu lösen, haben sich Forscher des Optoelectronics Research Centre (ORC) der Universität Southampton mit Kollegen des Centre for Optics, Photonics and Lasers (COPL) der Universität Quebec Laval zusammengetan, die sich auf die Forschung an hochempfindlichen optischen Instrumenten spezialisiert haben.

Sie entwickelten ein Instrument, mit dem das Team die extrem schwachen rückgestreuten Signale in den neuesten Hohlkernfasern von ORC zuverlässig messen konnte. Dies bestätigte, dass die Dispersion um mehr als vier Größenordnungen geringer ist als bei Standardfasern, was den theoretischen Erwartungen entspricht.

Professor Radan Slavik, Leiter der Arbeitsgruppe Optische Kohärente Signale am ORC, sagt: „Ich schätze mich sehr glücklich, am ORC zu arbeiten, wo die langjährige, erstklassige Forschung meiner Kollegen aus Design und Fertigung zu den verlustärmsten und längsten Hohlkernfasern geführt hat, die jemals hergestellt wurden. Meine Arbeit konzentriert sich auf die Messung der einzigartigen Eigenschaften dieser Fasern, was oft eine Herausforderung darstellt und die Zusammenarbeit mit weltweit führenden Messgruppen, wie dem britischen National Physical Laboratory, und Instrumentierungsgruppen, wie der Université Laval, erfordert.“.

Dr. Eric Numkam Fokoua, der die theoretische Analyse bei ORC zur Untermauerung dieser Ergebnisse durchführte, erklärt: „Die experimentelle Bestätigung unserer theoretischen Vorhersage, dass die Rückstreuung in unseren neuesten Hohlfasern 10.000 Mal geringer ist als in Standard-Glasfasern, beweist ihre Überlegenheit für viele optische Faseranwendungen.“.

„Darüber hinaus ist die Fähigkeit, solch niedrige Rückstreusignalpegel zu messen, auch für die Entwicklung der Hohlfasertechnologie selbst von grundlegender Bedeutung, da sie einen entscheidenden Weg zur Erkennung verteilter Fehler in hergestellten Hohlfasern und Kabeln bietet, was für die Verbesserung ihrer Herstellungsprozesse unerlässlich ist. Die derzeitige Technologie ist schlichtweg nicht empfindlich genug, um mit diesen radikal neuen Fasern zu arbeiten, und diese Arbeit demonstriert eine Lösung für dieses Problem.“.