Чтобы сделать лучшее оптическое волокно для передачи лазерных лучей, первая идея, которая приходит на ум, вероятно, не хорошая длинная водородная ванна.
И тем не менее, ученым уже много лет известно, что водород может изменить характеристики оптических волокон, которые часто используются для передачи или даже генерации лазерного излучения в оптических устройствах. Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) применили это водородное «лекарство» на практике, создав оптические волокна, которые передают стабильный мощный ультрафиолетовый лазерный свет в течение сотен часов. Ученые NIST ожидают, что эти обработанные водородом волокна, описанные в Optics Express, уменьшат количество ошибок в логических операциях в их экспериментах по квантовым вычислениям.
Оптические волокна, как правило, не способны пропускать ультрафиолетовый свет, потому что свет с короткой длиной волны может взаимодействовать с примесями или примесями в волокнах, что приводит к так называемому «соляризационному» повреждению и экстремальным потерям интенсивности луча. Волокна эффективно отключаются. Было показано, что молекулы водорода излечивают это повреждение по мере его возникновения.
Исследователи NIST протестировали два типа волокон с твердой сердцевиной из плавленого кварца, окруженной решетками воздушных отверстий, которые образуют кристаллическую структуру, сохраняющую форму передаваемых лазерных лучей. Волокна были наполнены газообразным водородом при 100-кратном стандартном атмосферном давлении в течение четырех-шести дней. Удобно, что некоторые волокна могут быть обработаны на испытательном стенде NIST для материалов для водородных трубопроводов. После того как водород диффундировал в сердцевину волокна, волокна отверждались под воздействием ультрафиолетового лазерного излучения в течение нескольких дней.
Затем исследователи NIST протестировали волокна, пропуская через них ультрафиолетовый лазерный свет. Волокна не показывали каких-либо повреждений от соляризации даже при выходной мощности 125 милливатт (мВт) на длине волны лазера 313 нанометров (нм), что в несколько раз превышает интенсивность луча, необходимую для экспериментов группы по квантовым вычислениям. Согласно статье, сочетание инфузии водорода и лечения ультрафиолетовым светом «по-видимому, обеспечивает долгосрочную устойчивость» к этому типу повреждений. Волокна также теряют очень мало лазерного излучения при его передаче.
Для сравнения, исследователи NIST также протестировали волокна, не обработанные водородом. При использовании лазерного излучения с длиной волны 313 нм и мощностью 100 мВт светопропускание через волокна упало до нуля за четыре часа, что подтверждает эффективность водородной обработки.
По словам исследовательской группы, обработанные волокна могут использоваться для передачи широкого спектра инфракрасного, видимого и ультрафиолетового длин волн света. При использовании в NIST для передачи лазерного света к улавливанию ионов (электрически заряженных атомов) волокна уменьшают рассеянный свет и флуктуации в наведении лазерного луча и позволяют передавать ультрафиолетовый свет между отдельными оптическими столами, отмечается в документе. Исследователи говорят, что волокна также могут помочь «очистить» деформированные балки.
Та же исследовательская группа NIST добилась многих «первых результатов», используя захваченные ионы для демонстрации строительных блоков квантовых компьютеров, которые будут использовать экзотические свойства квантового мира для решения проблем, которые сегодня считаются неразрешимыми.