Nieuwe dunne optische vezels lekken minder licht

Nature bericht dat onderzoekers een nieuw type glasvezelkabel hebben ontwikkeld dat minder licht lekt. Het lekken van licht is een probleem bij huidige glasvezelkabels waardoor het noodzakelijk is om na elke vijftig kilometer een versterker op de lijn te plaatsen. Wanneer deze kapot gaat, kan dat een dure zaak zijn indien de kabels op een moeilijk te bereiken plek, zoals de bodem van de zee, liggen. De nieuwe kabels zijn ontwikkeld door de Harvard universiteit in Cambridge onder leiding van Eric Mazur.

De kabels hebben een diameter van slechts vijftig miljoenste millimeter wat tienduizend maal dunner is dan de huidige, haardikke, kabels. Het is niet de eerste keer dat onderzoekers slagen om kabels te maken met deze afmetingen, maar het is wel de eerste keer dat deze kabels voldoende glad zijn om licht te transporteren. De nieuwe dunne kabels zijn veel flexibeler dan de huidige kabels waardoor ze gemakkelijker (scherpe) bochten kunnen maken zonder veel licht te verliezen. De huidige glasvezelkabels verliezen de grootste hoeveelheden licht in de bochten. Hieronder het productieprocédé van de kabels uitgelegd:

Most commercial optical fibres are made of glass - silicon dioxide, or silica - drawn into fibres by heating thicker rods and pulling them. The narrower fibres become, the more difficult it is to keep the drawing process even. If one section is hotter than the rest, it is softer and thins out more easily.

Mazur and colleagues overcome this problem by spooling their fibres onto a heated sapphire needle. Sapphire is a good conductor, so the heat is distributed very evenly.

First the researchers make a fibre about 1 micrometre wide by a normal pulling method. They then wind this around the hot sapphire tip. Its heat softens the glass fibre as it spools on.

Reacties (72)

[mr._Anderson]

Wat ik dus niet kan vinden,
om de hoeveel kilometer moet er nu een versterker komen te staan ??

@Hielko,
maar dat ze dan ook geen schatting ofzo kunnen geven, of een verwachting nu tasten wij bandbreedte hongerige tweakers compleet in het duister

[Hielko]

Dat is iets dat de onderzoekers zelf wellicht ook niet weten; het staat ook niet in het artikel van nature.

[Anoniem: 74911]

Ja ik twijfel dus een beetje. Bij alectrische data overdracht spreekt men wel degelijk van een repeater. Oftewel het oude signaal wordt gelezen, en wordt opnieuw verstuurd. En versterker pept enkel het origneel op, een wezenlijk verschil dus. Nou vraag ik me af of je bij licht dus ook achtergrond ruis hebt. Mocht dat het geval zijn dan zit er wel degelijk een repeater tussen en geen versterker.

Een repeater kan dus wel degelijk het originele signaal versturen

[miw]

Het staat dus indirect in het artikel:

The wires allow single-mode operation, and have an optical loss of less than 0.1 dB mm-1.

Traditioneel fiberglas heeft een verzwakking van tussen de 0.2 en 3 dB per km. Waarschijnlijk een typo in het artikel mm-1 => km-1 ?
Die 50 nanometer fiber heeft in dat geval 2 to 30 keer minder repeaters nodig.

[Mayco]

Ik heb geen enkel idee hoe het werkt, maar is het niet zo dat als je een dunnere kabel hebt, dat de bandbreedte ook omlaag gaat? kan iemand dat uitleggen aub?

[elteck]

Die dunne kabels hebben juist een hogere bandbreette, want ze hebben minder dispersie. Door dispersie worden de getransporteerde lichtpulsen (bits) in de tijd uitgesmeerd. Dat kun je als volgt zien: een gedeelte van het licht gaat door het midden van de kabel en komt als eerste aan. Een ander gedeelte gaat zigzag door de kabel, wordt telkens aan de wanden gereflecteerd, volgt dus een langere weg en komt later aan. Deze dispersie beperkt de minimale tijd tussen twee licht pulsen, wil je ze uit elkaar kunnen houden.
Hoe dunner de kabel, hoe kleiner het verschil tussen de korte en langere (zigzag) weg, dus minder dispersie en meer bandbreette. Ik denk alleen dat de electronica die deze bitstroom moet generen en ontvangen moeite zal hebben deze nieuwe bandbreette te benutten.

De bewering dat electrische signalen sneller gaan dan licht is niet waar. Die gaan net zo snel! Probleem is alleen dat elektrische kabels vele male hogere verliezen hebben dan licht, dat zich veel makkelijker laat bundelen.

[Anoniem: 56618]

De bewering dat electrische signalen sneller gaan dan licht is niet waar. Die gaan net zo snel!

Ook dat is niet waar. Stroom gaat minder snel dan licht (8 keer minder snel geloof ik)

[elteck]

Het gaat niet om de snelheid van de electronen, maar om de snelheid van het electromagnetische veld dat door de bedrading getransporteerd wordt. Die snelheid wordt bepaald door de relatieve permittiviteit (K) van de isolator. In het ideale geval is K = 1, zodat die snelheid gelijk aan de lichtsnelheid. De meeste kunstoffen hebben een K van ongeveer 2, waardoor die snelheid gelijk is aan ongveer 71% van de lichtsnelheid.
Mischien kun je je dat bericht herinneren dat IBM aan het experimenteren is met isolatoren met een lage K waarde op chip om de transportsnelheid van signalen te verhogen. Datzelfde is ook gaande met de epoxy voor printplaten van bijvoorbeeld moederborden.
Kijk maar eens hier:

http://www.rogerscorporation.com/mwu/pdf/rt2121.pdf

[Anoniem: 78237]

De dikte van een kabel heeft geen invloed op de bandbreedte.
Je kan sowieso maar een, euhm, bit aan licht tegelijk versturen -- aan de snelheid van het licht. Licht kan echter niet voor eeuwig en altijd verder schijnen omdat het een vorm van energie is. De "wanden" van de kabels zijn gemaakt om het licht naar binnen te reflecteren zodat het niet uit de kabel kan. Probleem is dat er toch nog steeds licht verloren gaat, vooral in scherpe bochten waar de bocht bijvoorbeeld te groot is voor het licht, of omdat in de bocht de kabel lichtjes beschadigd kan raken.

Omdat dit nu (minder) het geval is gaat er minder licht verloren en hoeven er minder repeaters geplaatst te worden. Dit heeft als voordeel dat het licht sneller (euhm, ja) zijn bestemming bereikt en dat er dus meer bits per seconde verzonden kunnen worden.

[0rbit]

De belangrijkste reden dat het licht in een bocht attenueert is het feit dat de reflectie afhankelijk is van de hoek van inval...

[Anoniem: 95952]

met glasvezel is het eigenlijk zo dat de dikte per enkele kabel nix uitmaakt kwa bandbreedte wat door 1 kabel heen gaat
dus als je een kabel van 1 cm hebt of van 1mm hebt
aangezien er bij glasvezel er maar 1 ding tegelijk erdoor kan ( wel achter elkaar , zie interfals ), daarom hebben we hebben we meestal in ons glasvezel netwerk 1 voor heen(upload) en 1 voor trug (download )

maar om de totale bandbreedte te verhogen kun je het best de 1mm kabel nemen omdat je daarbij meer kabels samen te kunt gaan bundelen
dus bij de 1cm kabel kun je eigenlijk maar 10 glasvezelkabels in 1 bundel hebben, en bij de 1mm 1000 glasvezelkabels door 1 bundel, dus eigenlijk een enorme stijging van bandbreedte

dus eigenlijk is het best een zo klein mogelijke kabel krijgen zodat je zoveel mogelijk kabels in 1 bundel kunt krijgen, dus zodat je meer kunt verzenden


just my €0.02

natuurlijk kan een beetje ernaast zitten, maar dit is meer over de grote lijnen gekeken

[cavey]

er kan meer dan 1 signaal door 1 glasvezelstreng hoor ...

Je kan verschillende kleuren er doorheen jagen (rood, groen, blauw, geel, oranje etc etc).

Je kan aardig wat verschillende golflengtes gebruiken om zo de informatiestroom op te splitsen.

Wel beetje oppassen voor interferentie, dus niet alle golflengtes zijn te gebruiken.

Maar in meze kan er dus veel meer dan 1 bit/sec door een glasvezel kabel. Ligt er maar net aan hoeveel kleuren je ter beschikking hebt en hoe snel je transceiver al die kleurtjes uit mekaar kan rafelen, verwerken en doorsturen ....

[edit]
@wimwest

Nja, dat 1 bit/s is natuurlijk aardig weinig, maar je kan maar 1 bitje per lichtimpuls doorheen jagen per kleur. Met meerdere kleuren kan je dus meerdere bits parallel versturen.. om zodoende idd op meer dan 1 bit/s uit te komen... maar in principe, als je lichtpulsen van 1seconde gebruikt, kan je maar 1 bit/s versturen (per kleur)...

[wimwest]

Ik mag hopen dat er meer dan 1 bit/s doorgaat, denk eerder aan gbits/s

[Anoniem: 95759]

sterker nog, ik vermoed omdat er meer kabels in een bundel kunnen nu, dat ook de bandbreedte omhoog gaat. In tegenstelling tot een electrische kabel, is de weerstand niet recht evenredig met de doorsnede van de idividuele kabels, en bij een electrische kabel worden de kleine kabels gecombineerd tot één signaal.

[TheOneLLama]

Een dunnere kabel betekend in theorie meer bandbreedte, omdat het verschil tussen de maximale en minimale afstand die het licht kan afleggen binnen in de kabel kleiner wordt.

[Anoniem: 9278]

Die kabels worden natuurlijk niet per stuk gelegd.
Bundelen die handelen.

Knappe jongen als jij zo'n dunne kabel gelegd krijgt

[Olaf van der Spek]

Nee, ik denk zelfs dat de bandbreedte omhoog kan omdat er minder licht verloren gaat.

[chinook]

Glasvezels komen in een aantal vormen voor. Globaal is er single mode en multi mode. Single mode is veel dunner en voorkomt dat het licht gaat reflecteren binnen de kabel. Het licht kan alleen rechtdoor, waardoor je je voor kan stellen dat de fase van bijv een puls nauwelijks wordt aangetast. Bij std multimode krijg je een faseverschil tussen het licht dat rechtdoorgaat en de stralen die x keer kaatsen tegen de wand. Dit veroorzaakt looptijd verschil en een enigszins uitgesmeerde puls. Dit betekent dus dat multimode kabels minder hoge frequenties kunnen versturen en daardoor ook minder bits. Er bestaan om fase gecorrigeerde multimodes, waarbij ze in de kern glas met een hogere brekingsindex (lagere lichtsnelheid) gebruiken om dit effect te corrigeren. Feit blijft dat single mode glasvezel instaat is sneller te transporteren dan een dikkere multimode.

[chinook]

Overigens wordt frequetie multiplexing nog nauwelijks gebruikt. Glas veel voor verschillende kleuren ook verschillende snelheden, wat ook weer looptijdverschillen veroorzaakt. Licht in het infrarode gebied wordt het best doorgelaten. E.e.a. hangt samen met de weerstand die veroorzaakt door water. Gek genoeg trekt glas heel veel water aan (hygroscopisch) wat veel licht filtert (infrarood het minst).

[Roeloffzen]

Omdat de bron simpeleweg niet meer vermogen heeft. De gebruikte bron in een laser en deze heeft een maximaal vermogen van ongeveer 10 to 20 dBm. Met de huidige lasers (golflengte 1550 nm) is het niet mogelijk om ze harder te laten branden.

Frequentie multiplexing (of golflengte multiplexing) wordt al wel veel gebruikt. Dit is een van de redenen dat er overcapaciteit is in de hogere regionen van het internet netwerk.

Om de ongeveer 50 kilometer ligt er een VERSTERKER (geen repeater). Deze versterken is een EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier). De pompgolflengte is 1480 nm). Het signaal wordt hier versterkt d.m.v. gestimuleerde emissie. De informatie blijft dus volledig in optische domein. Het woordt versterker is dus JUIST.

Electrische signalen gaan ongeveer even snel door een fiber en een coax of UTP. Maar de bandbreedte van een fiber is VEEL groter. Bovendien heb je met een glasfiber geen last van EMI (Electromagnetic Interference).

In het Nature artikel staat dat het verlies van de sub-wavelength vezel 0.1 dB per mm is (....optical loss of less than 0.1 dB mm-1.....). Dit is veel hoger dan de huidige standaard vezels met een verlies van 0.1 dB per Kilometer.

[Anoniem: 74911]

In de tekst wordt gesproken van een "versterker" terwijl het een "repeater" betreft.

Een versterker zou immers ruis versterken, een repeater zend het originele singnaal opnieuw uit.

(of zit ik er stiekempjes naast?)

[Hodgesaargh]

Je hebt gelijk, hoewel ik me afvraag of je op de bodem van de oceaan met glasvezelkabels last hebt van ruis.... dus versterker/repeater maakt niet zo heel veel uit waarschijnlijk

[Olaf van der Spek]

Gaat het wel om de ruis? Fotonen op zich kun je niet versterken, dus ik denk toch dat het een repeater is.

[Hodgesaargh]

In dat opzicht is iedere versterker een repeater, want een electrisch signaal kun je ook niet versterken.

Je moet het onderscheid maken tussen het versterken van ALLE signalen en van de juiste signalen. Een audioversterker herhaalt ook alleen het input signaal. Zitten daar signalen in die niet bij de input horen, dan is dat ruis. die ruis wordt wel opnieuw "versterkt" uitgezonden. Een repeater bepaald wat het "juiste" signaal is en verstuurt alleen dat signaal weer versterkt. De reden dat dat met audio niet kan is omdat dat een breed spectrum betreft en er dus niet echt randwaarden bepaald kunnen worden

[Hielko]

Volgens mij wel. Een repeater kan natuurlijk nooit het originele signaal opnieuw uitzenden, aangezien hij het originele signaal natuurlijk nooit binnen krijgt. Het enige wat een repeater kan doen is het signaal dat hij binnenkrijgt (wat dus onderweg verzakt is door lichtverlies) weer versterken tot het oorspronkelijke niveau.

[NBK]

Nee, dat is niet helemaal waar.
Een versterker zal letterlijk het inkomende signaal opnieuw uitzenden. Hierdoor kunnen problemen onstaan met de timing en pulsbreedte van het signaal.
Een repeater zal het binnenkomende signaal gewoon opvangen en omzetten in data en dit vervolgens weer opnieuw verzenden. Dit geeft veel minder problemen met de timing en pulsbreedte van de signalen.
hm.. moet sneller tikken

[Countess]

omdat het signaal digitaal is, zou een repeater wel moeten werken.
hij krijgt het binnen als digitale informatie
dan stuur hij gewoon die 1en en 0en weer opnieuw.

[Hodgesaargh]

Tis ook niet echt het originele signaal opnieuw uitzenden, want dan is het niet origineel meer. Maar hij kan het originele signaal wel herstellen in z'n oude staat

edit:
mod maar naar nul, zie nu pas dat het exact hetzelfde is als waar ik op reageerde... tijd voor meer koffie

[Anoniem: 100314]

Fotonen in glazvezel gaan met een vergelijkbare snelheid als electronen in koperdraad. De winst van glasvezel kabel wordt gehaald omdat er minder verlies en ruis is en er dus grote betekenis aan kleinere verschillen in signalen gegeven kunnen worden, omdat de hardware minder fouten maakt door ruis. Bovendien kan je multiplexen met verschillende kleuren (fm). Ze verwachten binnen niet al te lange tijd met meer dan 100 kleuren te kunnen multiplexen waardoor er enorme bandbreedte beschikbaar wordt op een enkel kabeltje.
Trouwens over de sterkte van die kabels en hoe snel ze breken: dat valt erg mee, die knoop kan zolang je hem niet strak aantrekt . Bovendien worden die kabels volgens een aantal standaarden verpakt in een veeeel dikkere plastic behuizing.
Voordat het een enorm verhaal wordt nok ik, maar leuk is het zeker. Wie weet meer over die zeespons die een nog betere glasvezel(vezel) zou maken?

groets
WOlbers

[Pieterjvz380]

glasvezel is niet altijd digitaal , denk maar aan de glasvezel netwerken van de kabeltelevisie de backbone is een analoge glasvezel ring waar het zelder pakket AM op de lichtdraaggolf staat gemoduleert , de laser gaat dus harder en zachter

[CH4OS]

Ik heb geen enkel idee hoe het werkt, maar is het niet zo dat als je een dunnere kabel hebt, dat de bandbreedte ook omlaag gaat? kan iemand dat uitleggen aub?

Alles wat door een fiber-cable wordt gejaagd, zijn licht-signalen, die gaan wel een stukkie sneller, dan 'gewone' stroom-signalen...

In de tekst wordt gesproken van een "versterker" terwijl het een "repeater" betreft.

Een versterker zou immers ruis versterken, een repeater zend het originele singnaal opnieuw uit.

(of zit ik er stiekempjes naast?)

Er staat versterker ja, en dat is eigenlijk ook het principe van wat een repeater doet... Want anders zou een repeater geen nut hebben, als ie hetzelfde signaal door zou zenden... En de repeater, die kan geen origineel signaal maken, van een (iets) verruisde signaal... Hij kan niks anders, dan het versterken...

[Olaf van der Spek]

Dat is toch niet helemaal correct (in het algemeen). Een versterker kan de ingangsspanning verdubbelen.
2.4 V -> 4.8 V
2.5 V wordt dan 5 V
2.6 V -> 5.2 V
Een repeater kan echter naar het ingangssignaal kijken en als het boven een bepaalde drempel zit, 5 V op de uitgang zetten.
Dan ben je de ruis dus kwijt en er is dus wel degelijk een verschil tussen een versterker en een repeater.
Hetzelfde zal voor licht waarschijnlijk ook gelden, maar daar heb ik minder verstand van.

[voodooless]

Het woord versterker in idd onjuist.

Wat ie doet is de signalen uitlezen aan de ene kant, en vervolgens weer vers opnieuw op de kabel zetten aan de andere kant. Idd kun je dus beter een repeater zeggen.

Maar het artiekel vind ik erg vaag. heel veel: misschien, zou kunnen dat... verhaaltjes! Er staat niets over hoe lang de nieuwe kabels kunnen zonder repeater, en ook niets over de bandbreedte van de nieuwe kabel. Afwachten op de echte toepassingen denk ik zo. Het is in ieder geval een stap in de juiste richting!

[BaatZ]

Hadden we vroeger ook al in de kerstboom hangen, noemden we "Engelenhaar"

[Timfonie]

Dan is het wel van heel erg kleine engeltjes , want 50 nanometer dikte zie je zelfs onder een gewone microscoop niet. De beste (optische) microscopen hebben een optische resolutie van 200 nanometer.

Deze glavezels vallen in feite onder nano-technologie. Indrukwekkend, zulke afmetingen voor glasvezel. Het zal nog wel een poos duren voor men met deze techniek in staat is om zeer lange ononderbroken vezels te maken (en deze massaal te koppelen).

[Anoniem: 92749]

Volgens mijn is het artikel wat misleidend.
Als je de link onderaan het artikel volgt
http://www.nature.com/doifinder/10.1038/nature02193
dan lees je de inleiding van het echte artikel:
Subwavelength-diameter silica wires for low-loss optical wave guiding
Silica waveguides with diameters larger than the wavelength of transmitted light are widely used in optical communications, sensors and other applications. Minimizing the width of the waveguides is desirable for photonic device applications, but the fabrication of low-loss optical waveguides with subwavelength diameters remains challenging because of strict requirements on surface roughness and diameter uniformity. Here we report the fabrication of subwavelength-diameter silica 'wires' for use as low-loss optical waveguides within the visible to near-infrared spectral range. We use a two-step drawing process to fabricate long free-standing silica wires with diameters down to 50 nm that show surface smoothness at the atomic level together with uniformity of diameter. Light can be launched into these wires by optical evanescent coupling. The wires allow single-mode operation, and have an optical loss of less than 0.1 dB mm-1. We believe that these wires provide promising building blocks for future microphotonic devices with subwavelength-width structures.
Dit is dus bedoel voor fotonica, niet voor data-overdracht over lange afstand.
Deze vezels hebben een lage demping vergeleken met andere dunne vezels. Maar 0.1 dB/mm is volgens mij geen demping die je wil in lange-afstands kabels: dat is 100 dB per meter!

[Aham brahmasmi]

Duh! Dat is natuurlijk een typefout. Het moet natuurlijk km zijn ipv mm, en 0,1 dB/km is dan ook erg laag want 0,3 dB/km is de demping van gangbare glasvezels. Om aan te geven hoe zuiver het glasvezelmateriaal is: 8 mm vensterglas heeft dezelfde demping als een kilometer glasvezel(!).

Trouwens, valt data-overdracht over een glasvezel dan niet binnen de Fotonica? Natuurlijk wel... fotonica gaat over het transporteren van informatie of energie mbv licht. Door glasvezels bijvoorbeeld. Maar er kan tegenwoordig echt véééél meer met glasvezels dan datatransport; bij de NS is bijvoorbeeld door het bedrijf Baas een meetsysteem ontwikkeld waarbij een stuk glasvezel langs een klein stukje spoorstaaf aangebracht is, waarbij de minieme doorbuiging die plaats vindt als er een trein overheen rijdt gedetecteerd kan worden en dit doorgegeven wordt aan bv. een spoorwegovergang. Tevens kan uit het gemeten signaal worden afgeleid of de trein beginnende "vierkante wielen" krijgt (platte stukjes), zodat dit van tevoren opgemerkt kan worden en de trein onderhouden kan worden.

Een ander voorbeeld is een glasvezel door een kilometers lange dijk: er kan gemeten worden op welke plek de dijk niet meer sterk genoeg is om hoog water te weerstaan. Zo zijn er nog talloze voorbeelden te noemen.