پروژه Airguide Photonics چیست؟

Airguide Photonics که در مرکز تحقیقات اپتوالکترونیک (ORC)میزبانی می شود، یک برنامه تحقیقاتی ۶ میلیون دلاری با سرمایه گذاری EPSRC است که هدف آن انقلابی در فیبر نوری است.

فیبرهای نوری در قلب جامعه تکنولوژیک ما قرار دارند. به عنوان مثال، آن ها از اینترنت و ارتباطات موبایلی پشتیبانی می کنند که اکنون همه ما آن ها را بدیهی می دانیم، آن ها از طریق تشخیص پزشکی و مداخلات با استفاده از آندوسکوپ های فیبر نوری جان انسان ها را نجات می دهند، و تولید انبوه طیف عظیمی از محصولات تجاری را از طریق پردازش مواد مبتنی بر لیزر فیبری ممکن می سازند.

هدف ORC در برنامه تحقیقاتی Airguide Photonics این است که فن آوری فیبر هسته ای هولو (HCF)را از آزمایشگاه تحقیقاتی به فن آوری فیبر قابل گسترش تبدیل شود و کاربردهای نوآورانه ای در طیف گسترده ای از زمینه های علمی و مهندسی داشته باشد.

پروفسور تام رودن – معاون مدیر اجرایی شورای تحقیقات مهندسی و علوم فیزیکی (EPSRC) می گوید:

ORC سال ها است که در توسعه فیبر نوری و پیشبرد فن آوری ارتباطات پیشگام است و سابقه قابل توجهی در استفاده از بودجه تحقیقاتی برای هم کاری با شرکای دانشگاهی و صنعتی دارد. برنامه AirGuide Photonics وعده می دهد که بار دیگر مرزها را جابجا کند. ما مطمئن هستیم که این تحقیق اکتشافات بیشتری را کشف خواهد کرد و منجر به نوآوری های پیشرو در جهان خواهد شد.

چالش پژوهشی پروژه Airguide Photonics

در حال حاضر، فن آوری فیبر نوری تا حد زیادی، محدود به این واقعیت است که نور به یک هسته شیشه ای جامد محدود می شود، که محدودیت های اساسی را بر روی قدرت و محدوده طول موج که سیگنال ها می توانند منتقل شوند، سرعت انتشار سیگنال ها، و حساسیت آن به محیط خارجی به همراه دارد.

هدف از برنامه تحقیقاتی Airguide Photonics بازآفرینی فن آوری فیبر نوری و جایگزینی هسته شیشه ای با هوا یا خلا برای تولید فیبر نوری ۲.۰ است که پتانسیل بسیار برتر اما تا حد زیادی کشف نشده ای را ارائه می دهد.

چالش تحقیقاتی ما شامل شش پروژه بسیار مرتبط با هم است که ترکیبی از تحقیقات بنیادی و مهندسی کاربردی را نشان می دهد.

• توسعه

هدف فعالیت اصلی ما طراحی، توسعه، ساخت و عرضه نسل بعدی حافظه های با عملکرد فوق سریع است.

• قابلیت اطمینان و ارتباط متقابل

نگاهی به جنبه های کلیدی عملی و قابل اطمینان مرتبط با استقرار HCF ها در کاربردهای دنیای واقعی

• آمپلی فایرها و لیزرها

توسعه مجموعه ای از تقویت کننده های سازگار با پهنای باند عملیاتی عظیم ارائه شده توسط HCFs

• انتقال داده

بهره برداری از ویژگی های منحصر به فرد HCF ها برای کاربردهای انتقال داده

• کاربردهای تحویل لیزری

بهره برداری از ویژگی های منحصر به فرد کنترل توان نوری HCF ها در کاربردهای مختلف

• سنجش و مترولوژی

هم کاری با شرکای صنعتی و دانشگاهی و آزمایشگاه ملی فیزیک بریتانیا برای بهره برداری از تعاملات طولانی گاز / نور

هدف کلی برنامه Airguide Photonics بررسی محدودیت های عملکردی فیبر هسته ای توخالی، توسعه ابزارهای نوآورانه برای تولید پیش فرم ها، توسعه راه هایی برای اتصال قابل اطمینان به فیبر و دستگاه های معمولی، توسعه فیبر مخصوص کاربرد صنعتی، تعامل با شرکای جهانی و نشان دادن کاربردهای دنیای واقعی است.

صندوق هم کاری Airguide Photonics

برنامه سرمایه گذاری شده توسط EPSRC با نام “فوتونیک های ایرگوید” شامل یک “صندوق هم کاری” است تا امکان ورود شرکای جدید برای آوردن ارزش بیشتر به این برنامه را فراهم کند.

تعامل اولیه از طریق پروژه های تحقیقاتی کوتاه مدت خواهد بود که از اهداف این برنامه حمایت می کند. از این رو از پژوهشگران دانشگاهی مستقر در انگلستان دعوت می کنیم تا طرح های خود را ارائه دهند.

برای پروژه هایی که معمولا تا ۵۰ هزار دلار ارزش دارند (به طور استثنایی تا ۱۰۰ هزار دلار)، که به طور مستقیم یا به طور غیرمستقیم به حوزه هایی که در زیر به آن ها اشاره شده است، کمک می کنند و به اهداف کلی پروژه سود می رسانند. ما به ویژه علاقه مند به دریافت پیشنهادها در مورد موضوعات مورد تاکید هستیم.

۱. توسعه فیبر هسته ای Hollow (با همکاری  پروفسور فرانچسکو پولتی)

هسته اصلی توسعه فیبر نوری (HCF)، “Airguide Photonics” است؛ فعالیت اصلی که هدف آن طراحی، توسعه، ساخت (و عرضه)نسل بعدی HCF های با عملکرد فوق العاده است. در این فعالیت اصلی  به جنبه های کلیدی تولید می پردازیم، از جمله:

• الف)توسعه HCF های با تلفات بالا که در باندهای مختلف مخابراتی مناسب با مخابرات، داده ها و حمل و نقل جلویی / پشتی ۵ G عمل می کنند.
• ب)مسیرهای جدید برای تولید پیش فرم های HCF در مواد مختلف، از جمله سیلیکا، شیشه ها و پلیمرهای نرم از طریق اکستروژن، چاپ سه بعدی و…

۲. قابلیت اطمینان و اتصال فیبر هسته ای Hollow (با همکاری پروفسور دیوید ریچاردسون)

ORC  به جنبه های کلیدی عملی و قابل اطمینان مرتبط با استقرار HCF ها در کاربردهای دنیای واقعی می پردازد. در این فعالیت، ORC مطالعه می کند:

• الف) پیری فیبر، خوردگی تنشی، نفوذ آب / H۲، گازدهی بیش از حد برای درجات و انواع مختلف شیشه،
• ب) پوشش دهی و چسباندن پلیمر و شیشه نرم HCFs،
• ج) پوشش های ویژه و کابل کشی برای کاربردهای سخت و حساس به اشعه
• د) اتصال مستقیم به لیزرها، VCSELS، مدارهای مجتمع فوتونی و متامواد.

۳. آمپلی فایرها، لیزرها و اجزای فیبرهای هسته ای Hollow (با همکاری پروفسور جایانتا ساهو)

این موضوع مجموعه ای از تقویت کننده های سازگار با پهنای باند عملیاتی عظیم ارائه شده توسط HCFs را توسعه خواهد داد. این کلید باز کردن انتقال HCF از راه دور و بسیاری از کاربردهای لیزر، سنسور، کوانتوم و مترولوژی HCF ها در بسته های کاری دیگر ORC است. ORC به طور خاص روی موارد زیر کار می کند:

• الف)تقویت کننده های فیبر دوپ شده بیسموت و طیف سنجی یون های بیسموت در یک میزبان شیشه ای،
• ب)تقویت کننده های فیبر دوپ شده تولیوم / هولمیوم برای طول موج های فراتر از باند L،
• ج)تقویت کننده رامان برای عملیات پهنای باند،
• د)تقویت کننده های فیبر چند هسته ای و کاربردهای آن ها.

۴. انتقال داده در فیبرهای هسته ای Hollow (با همکاری پروفسور پریکلیس پتروپولوس)

ORC در حال مطالعه کاربردهای متحول کننده ای هست که با استفاده از فن آوری فیبر هسته ای توخالی در:

• الف)مراکز داده،
• ب)شبکه های نوری ۵ G و مایکروویو،
• ج)اینترنت اشیا / شبکه های لمسی (برای کاربردهای بلادرنگ)،
• د)توزیع استودیویی سیگنال های ویدیویی با کیفیت فوق العاده بالا،
• e)شبکه های ارتباطی کوانتومی کاملا ایمن،
• f)سیستم های انتقال با ظرفیت فوق بالا ممکن می شوند.

ORC همچنین در حال بررسی کاربردهای ارتباطی تقویت کننده های فیبر جدید توسعه یافته در این برنامه هست.

۵. کاربردهای تحویل لیزری فیبرهای هسته ای Hollow (با همکاری دکتر هانس کریستین مولودز، پروفسور دیوید ریچاردسون)

افزایش نمایی در توان لیزر در دسترس، فرصت های جدیدی برای بهره برداری از مزایای نور منسجم برای آبکاری، جوش، علامت گذاری، تبخیر و حس ایجاد می کند. با این حال، در حوزه های کاربردی متعدد، تحویل لیزر مبتنی بر فیبر تمام شیشه اکنون به محدودیت های اساسی فیبر نوری رسیده است که توسط اثرات غیر خطی، محدوده شفافیت و / یا مکانیزم های آسیب به شیشه دیکته می شود.

فیبرهای هسته ای هولو (HCFs)با چندین مرتبه غیرخطی بودن کم تر، آستانه آسیب بالاتر و همپوشانی کم تر بین پرتو منتقل شده و شیشه اطراف، یک راه حل احتمالی منحصر به فرد برای تحویل لیزر مبتنی بر فیبر با قدرت بی سابقه ارائه می دهند. ORC مشتاق هست تا کاربردهای موفقی را در حوزه های:

• (الف)تولید لیزر،
• (ب)احتراق مبتنی بر لیزر،
• (ج)دفاع،
• (د)علم آتوثانیه،
• (e)آندوسکوپی / میکروسکوپ غیر خطی،
• (f)لیزرهای IR میانی مبتنی بر گاز

دنبال کند.