새로운 연구에 따르면 사우샘프턴 대학교에서 생성된 중앙이 속이 비어 있는 섬유는 표준 유리 섬유에서 현재 경험하는 전력 손실을 줄일 수 있다는 새로운 연구 결과가 나왔기 때문에 차세대 광섬유는 한 걸음 더 가까워질 수 있다.  

코로나19 위기로 인해 전 세계 사람들이 온라인으로 업무와 사회 생활을 빠르게 진행하고 커뮤니티는 인터넷에 이 보다 더 많이 의존한 적이 없다. 끊임없이 증가하는 Zoom 통화 및 웨비나는 이를 가능하게 한 기술을 계속 발전시켜야 할 필요성을 강조했다.

50년 넘게 실리카 유리로 만든 광섬유는 고속 광통신을 위한 전송 매체로 선택되어 전 세계 가정과 기업에서 사용하는 글로벌 인터넷 및 클라우드 기반 서비스를 지원한다. 그들은 또한 석유 및 가스 설치 감지, 철도 및 교량의 구조 모니터링, 의료용 내시경 및 400억 달러 규모의 글로벌 시장의 일부로 더 많은 애플리케이션에 사용된다.

그러나 유리 내부의 빛의 "산란"으로 인해 전송된 전력의 일부가 손실되며, 이는 감쇠로 알려진 과정이며, 이러한 전력 손실은 빛의 파장이 짧아짐에 따라 점점 더 문제가 된다. 광섬유를 통한 이러한 높은 전송 손실은 더 짧은 파장을 필요로 하는 모든 애플리케이션의 성능에 심각한 제한을 가한다.

Nature Communications에 발표된 이 새로운 연구에서 사우샘프턴 대학교의 연구원들은 공기가 채워진 섬유를 통해 빛을 안내하는 것이 유리의 산란에 의해 설정된 이 극복할 수 없는 감쇠 한계를 극복할 수 있는 잠재적인 방법을 제공한다는 것을 입증했다.

대학의 광전자연구센터(ORC)의 한 팀은 660, 850 및 1,060나노 미터의 기술적으로 관련된 파장 주변의 고체 유리 섬유에서 얻은 손실과 비슷하거나 더 낮은 손실을 가진 세 가지 다른 중공 코어 섬유를 만들었다. 공기를 통해 빛을 안내하는 섬유의 낮은 감쇠는 양자통신, 데이터 전송 및 레이저 전력 전달의 발전 가능성을 제공한다.

ORC의 Francesco Poletti 교수는 "이 문제를 해결하기 위해 1970년대부터 많은 대체유리 유형과 도파관 기술이 조사되었지만 모두 소용이 없었다"고 말했다.

 "우리의 연구 결과에 따르면 중공 코어 섬유는 오늘날 광학기술에 사용되는 다양한 파장에서 현재의 광섬유를 능가할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 감쇠가 낮을 뿐만 아니라 암석을 녹이는 데 필요한 레이저 강도와 같은 더 높은 레이저 강도를 견딜 수 있다. 유정을 시추하고 보다 효율적인 제조용 레이저를 생산한다.”고 말한다.

Poletti 교수는 또한 중공 코어 섬유가 최고 출력 레벨로 왜곡되지 않은 레이저 펄스를 전송하여 표준 유리 섬유로 전송하면 사용할 수 없게 될 수 있으며 보다 정확한 센서 및 이미징 내시경을 생성하는 데 필요한 빛의 편광을 보존할 수 있다고 덧붙였다.

논문에서 개발 및 보고된 섬유는 ORC가 특수 유형의 중공 코어 섬유 인 Nested Antiresonant Nodeless Fiber(NANF)를 개발하기 위해 10년 넘게 연구한 결과이다. 특수 코어는 코어를 둘러싼 얇은 유리 멤브레인 덕분에 중앙 공극에 빛을 가두는 것이다. 그들의 첫 번째 섬유는 5dB (데시벨)의 감쇠, 즉 섬유 1미터당 광 투과율이 30%에 불과했다.

전 세계 커뮤니티의 기여를 통한 새로운 물리적 이해와 사우샘프턴 대학교 팀이 이끄는 제조기술의 상당한 발전, 이제 이 연구에서 보고된 섬유 중 하나가 10km마다 단 5dB의 감쇠를 달성함으로써 이를 10,000배 향상시켰다.

Poletti 교수는 다음과 같이 덫 붙였다. "우리가 개발하고 있는 기술은 최종 사용자를 위한 더 짧은 지연, 행성 간 임무를 위한 더 정확한 자이로스코프, 더 효율적인 레이저 기반 제조 등으로 더 빠른 데이터 센터의 개발을 뒷받침할 잠재력이 있다."

ERC 프로젝트 Lightpipe의 자금 지원을 받아 이 광섬유 기술을 발명하고 개발한 사우샘프턴 대학교 팀은 더 낮은 비용으로 더 긴 길이를 생산하는 동시에 이러한 광섬유의 광학 성능을 개선하기 위해 계속 노력하고 있다.

광전자연구센터 소장인 데이비드 페인(David Payne) 교수는 "광섬유의 전송 용량이 너무 커서 우리가 그것을 모두 사용할 지점에 도달할 것이라고는 생각하지 못했다. 하지만 지난 5~10년 동안, 우리는 이제 그 일에 가까워졌고 코로나19의 영향으로 이를 더욱 가속화했다. 이는 더 이상 기존 섬유를 조정하여 더 많은 용량을 채굴할 수는 없지만 설치라는 쇠 망치 접근 방식에 의존해야 함을 의미한다. 엄청난 수의 새로운 광섬유 케이블이 가능하지만 비용이 증가한다.

 "더 큰 대역폭과 더 빠르고 안정적인 인터넷은 현재 수준의 온라인 작업과 사교 활동을 유지하는 데 도움이 될 것이며 또한 3D 화상회의 및 가상현실과 같은 영역에서 이를 더욱 발전시킬 수 있다."

Poletti 교수는 "우리는 보완할 수 있는 잠재력이 있는 솔루션을 마침내 확인했으며 많은 경우에 반세기 동안 국내 및 상업용 응용 분야에서 주요 역할을 해왔 던 모든 고체 실리카 섬유를 대체할 수 있다고 확신한다."고 말했다.