Peneliti Mengembangkan Metode untuk Menekan Hamburan Balik, Meningkatkan Transmisi Data Optik

Universitas Illinois di Urbana-Champaign, Champaign, IL

Para insinyur di Universitas Illinois telah menemukan cara untuk mengarahkan gelombang cahaya yang tidak sesuai untuk mengurangi kehilangan energi selama transmisi data optik. Dalam sebuah penelitian, para peneliti mengeksploitasi interaksi antara cahaya dan gelombang suara untuk menekan hamburan cahaya dari cacat material — sehingga dapat meningkatkan komunikasi serat optik.

Profesor sains dan teknik mesin Gaurav Bahl, kiri, dan mahasiswa pascasarjana Seunghwi Kim menegaskan bahwa gelombang cahaya hamburan balik dapat ditekan untuk mengurangi kehilangan data dalam sistem komunikasi optik. (Foto milik Julia Stackler)

Gelombang cahaya menyebar ketika menemui rintangan, baik itu retakan pada jendela atau cacat kecil pada kabel serat optik. Sebagian besar cahaya tersebar keluar dari sistem, namun sebagian lagi menyebar kembali ke sumbernya – sebuah fenomena yang disebut hamburan balik. Selalu ada sedikit ketidaksempurnaan dan sedikit keacakan pada material yang digunakan dalam teknologi rekayasa apa pun. Misalnya, serat optik paling sempurna yang digunakan untuk transmisi data jarak jauh mungkin masih memiliki beberapa kekurangan yang tidak terlihat. Cacat ini dapat disebabkan oleh proses manufaktur, atau dapat muncul seiring berjalannya waktu akibat perubahan termal dan mekanis pada material. Pada akhirnya, kelemahan tersebut menentukan batas kinerja sistem optik apa pun.

Beberapa penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa hamburan balik yang tidak diinginkan dapat ditekan pada material khusus yang memiliki sifat magnetik tertentu. Namun, hal ini bukanlah pilihan yang tepat untuk sistem optik saat ini yang menggunakan bahan transparan dan nonmagnetik seperti silikon atau kaca silika. Dalam studi baru ini, para peneliti menggunakan interaksi cahaya dengan gelombang suara, bukan medan magnet, untuk mengendalikan hamburan balik.

Gelombang cahaya merambat melalui sebagian besar material dengan kecepatan yang sama terlepas dari arahnya, baik maju maupun mundur. Namun, dengan menggunakan beberapa interaksi opto-mekanis yang peka terhadap arah, para peneliti mampu mematahkan simetri tersebut dan secara efektif mematikan hamburan balik. Ini seperti menciptakan cermin satu arah. Dengan menghalangi perambatan gelombang cahaya ke belakang, gelombang cahaya tidak mempunyai tujuan lain ketika bertemu dengan gelombang cahaya yang tersebar, dan tidak ada pilihan lain selain terus bergerak maju.

Untuk mendemonstrasikan fenomena ini, tim mengirimkan gelombang cahaya ke dalam bola kecil yang terbuat dari kaca silika, yang disebut mikroresonator. Di dalam, cahaya bergerak sepanjang jalur melingkar seperti arena pacuan kuda, mengalami cacat pada silika berulang kali, sehingga memperkuat efek hamburan balik. Tim kemudian menggunakan sinar laser kedua untuk melakukan interaksi cahaya-suara hanya dalam arah mundur, menghalangi kemungkinan hamburan cahaya ke belakang. Energi yang seharusnya hilang terus bergerak maju, meskipun resonatornya rusak.

“Kemampuan menghentikan hamburan balik adalah hal yang signifikan, namun sebagian cahaya masih hilang menjadi hamburan samping, yang tidak dapat dikendalikan oleh para ilmuwan,” kata peneliti utama, profesor ilmu mekanik dan teknik Gaurav Bahl. "Oleh karena itu, kemajuan tersebut masih sangat halus pada tahap ini dan hanya berguna pada bandwidth yang sempit. Namun, dengan memverifikasi bahwa kita dapat menekan hamburan balik pada bahan yang umum seperti kaca silika, menunjukkan bahwa kita dapat memproduksi kabel serat optik yang lebih baik atau bahkan terus menggunakan kabel tua dan rusak yang sudah digunakan di dasar lautan, daripada harus menggantinya."

Mencoba eksperimen pada kabel serat optik akan menjadi langkah selanjutnya dalam menunjukkan bahwa fenomena ini mungkin terjadi pada bandwidth yang dibutuhkan dalam komunikasi serat optik. Prinsip yang kami eksplorasi sudah terlihat sebelumnya, kata Bahl. "Kisah sebenarnya di sini adalah kami telah memastikan bahwa hamburan balik dapat ditekan dengan sesuatu yang sederhana seperti kaca, menggunakan interaksi opto-mekanis yang tersedia di setiap bahan optik. Kami berharap peneliti lain juga meneliti fenomena ini dalam sistem optik mereka, untuk memajukan teknologi lebih lanjut."

Untuk informasi lebih lanjut, hubungi Gaurav Bahl di Alamat email ini dilindungi dari robot spam. Anda perlu mengaktifkan JavaScript untuk melihatnya..