研究者开发抑制后向散射方法，增强光数据传输
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校，香槟，伊利诺伊州
伊利诺伊大学工程师找到重定向不匹配光波的方法，减少光数据传输中能量损失。一项研究中，研究者利用光声波相互作用抑制材料缺陷导致的光散射——可能改善光纤通信。
机械科学与工程教授Gaurav Bahl（左）和研究生Seunghwi Kim确认后向散射光波可被抑制以减少光通信系统数据损失。（照片来源：Julia Stackler）
后向散射：光纤通信的隐形杀手
光波遇障碍物会散射，无论是窗户裂缝还是光纤微小缺陷。大部分光散射出系统，但部分向源头反向散射——称作后向散射。任何工程技术用材料总有微小不完美和随机性。例如用于长距离数据传输的最完美光纤仍可能有不可见缺陷。这些缺陷可能源于制造，或随时间因材料热力学变化出现。最终，此类缺陷设定任何光学系统性能极限。
光声相互作用打破对称性
此前几项研究显示，具有特定磁性的特殊材料中可抑制不良后向散射。但这些不适用于当今使用透明非磁性材料如硅或石英玻璃的光学系统。新研究中，研究者利用光与声波相互作用而非磁场控制后向散射。
光波在大多数材料中无论正向反向速度相同。但利用定向敏感光机相互作用，研究者打破对称性有效关闭后向散射。像创造单向镜。阻断光波反向传播，遇散射体时无路可走，只能继续前向传播。
微腔实验验证
为演示现象，团队将光波送入二氧化硅微小球体——微腔。内部光沿圆形路径如跑道传播，反复遇硅缺陷，放大后向散射效应。团队用第二激光束仅在反向方向激活光声相互作用，阻断光向后散射可能性。本会损失的能量尽管共振器有缺陷仍继续前向传播。
"能阻止后向散射意义重大，但部分光仍因侧向散射损失，科学家无法控制，"首席研究员、机械科学与工程教授Gaurav Bahl说。"此进展目前非常微妙，仅窄带宽有用。然而，仅验证我们能在玻璃这类常见材料中用光机相互作用抑制后向散射——这在每种光学材料都存在——暗示我们能制造更好光纤，甚至继续使用世界海底已服役的老旧受损光缆，而非必须更换。"
在光纤电缆中尝试实验将是下一步，证明此现象在光纤通信所需带宽下可行。"我们探索的原理以前见过，"Bahl说。"真正故事是我们确认了后向散射可在玻璃这般简单材料中被抑制，利用每种光学材料都有的光机相互作用。希望其他研究者在其光学系统中研究此现象，进一步推进技术。"
更多信息请联系Gaurav Bahl：[邮箱地址]
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