Banebrydende forskning for at revolutionere internetkommunikation

Et team af forskere fra University of Otago/Dodd-Walls Center har skabt en ny enhed, der kunne muliggøre den næste generation af hurtigere, mere energieffektivt internet. Deres gennembrudsresultater er blevet offentliggjort i verdens førende videnskabelige tidsskrift Natur denne morgen.

Internettet er en af ​​de største enkeltforbrugere i verden. Da datakapaciteten forventes at fordobles hvert år, og den fysiske infrastruktur, der bruges til at kode og behandle data, når sine grænser, der er et stort pres for at finde nye løsninger til at øge internetets hastighed og kapacitet.

Hovedforsker Dr. Harald Schwefel og Dr. Madhuri Kumaris forskning har fundet et svar. De har skabt en enhed kaldet en mikroresonator optisk frekvenskam lavet af en lille skive krystal. Enheden omdanner en enkelt farve laserlys til en regnbue med 160 forskellige frekvenser - hver stråle er totalt synkroniseret med hinanden og perfekt stabil. En sådan enhed kan erstatte hundredvis af strømforbrugende lasere, der i øjeblikket bruges til at kode og sende data rundt om i verden.

Værket blev født ud fra Dr. Schwefels tidligere forskning ved det prestigefyldte Max Planck Institute i Tyskland og hans samarbejde med Dr. Alfredo Rueda, der lavede nogle af de foreløbige undersøgelser.

Internettet drives af lasere. Hver e -mail, mobiltelefonopkald og besøg på webstedet er kodet til data og sendt rundt i verden med laserlys. For at presse flere data ned i en enkelt optisk fiber opdeles informationen i forskellige lysfrekvenser, der kan transmitteres parallelt.

Dr. Kumari siger, at den nuværende infrastruktur kæmper for at klare efterspørgslen, da internetforbruget stiger betydeligt.

"Lasere udsender kun en farve ad gangen. Det betyder, at, hvis din applikation kræver mange forskellige farver på én gang, du har brug for mange lasere. Alle koster penge og bruger energi. Ideen med disse nye frekvenskamme er, at du lancerer en farve i mikroresonatoren, en hel række nye farver kommer frem, "Dr. Kumari siger.

"Det er en virkelig cool energibesparelsesordning, "siger Dr. Schwefel, "Det erstatter en hel række lasere med en lille energieffektiv enhed."

Han forventer, at enhederne bliver inkorporeret i sub-oceaniske landingsstationer, hvor al information fra landbaserede fibre er proppet ind i de få sub-oceaniske fibre, der er tilgængelige på mindre end et årti, måske inden for få år.

"For at udvikle enheden til telekommunikationsindustrien skal vi begynde at arbejde med store teleselskaber, "Dr. Schwefel forklarer." Vi har startet processen ved at samarbejde med et New Zealand-baseret optisk teknologiselskab. "

Dette gennembrud er den første milepæl i et regeringsfinansieret samarbejde mellem forskere ved University of Otago og University of Auckland, der er en del af Dodd-Walls Center for Quantum and Photonic Technologies-en virtuel organisation, der samler New Zealands topforskere, der arbejder inden for felterne af lys og kvantevidenskab. Forskningsprojektet har fået tildelt næsten en million dollars af Marsden Fund -penge til at udvikle og teste potentialet i mikroresonatorfrekvenskamme.

De optiske frekvenskamme er baseret på en meget usædvanlig optisk effekt, der sker, når lysintensiteten bygger op til ekstremt høje niveauer. Du sender en enkelt farve af synligt lys ind i krystalskiven sammen med et mikrobølgesignal, og fordi krystalskiven er af så høj kvalitet, lyset og mikrobølgestrålingen bliver fanget inde. Lyset og mikrobølgestrålingen bliver ved med at strømme ind og hoppe rundt og rundt inde i krystallen. I de fleste situationer skifter lys aldrig farve, men i dette tilfælde bliver intensiteten så høj, at lyset og mikrobølgestrålingen begynder at smelte sammen og lave forskellige farver. Fænomenet er kendt som en ikke-lineær effekt, og det har taget teamet mange år at optimere.

Den eneste anden gruppe i verden, der fremstiller enheder af konkurrerende kvalitet, er et samarbejde fra Harvard og Stanford Universities i USA, også offentliggjort i denne måneds Natur , men i øjeblikket har Drs Schwefel og Kumari rekorden for den mest effektive enhed. I det væsentlige betyder det, at deres krystaller ikke siver noget lys. Tricket er at have en krystal i ekstrem høj kvalitet. Haralds gruppe er en verdenseksperter i at lave krystalskiver i sit laboratorium på University of Otago.

Internettet er blot en af ​​de mulige applikationer til de nye optiske frekvenskamme. En anden anvendelse er højpræcisionsspektroskopi-ved hjælp af laserlys til at studere og identificere den kemiske sammensætning, egenskaber og struktur af materialer, herunder sygdomme, sprængstof og kemikalier. Dr. Kumaris næste mission vil være at udforske denne applikation blandt andre muligheder.

"Dette er et meget meget spændende projekt at arbejde på, "siger Dr. Kumari." Optiske frekvenskamme har bogstaveligt revolutioneret alle anvendelsesområder, de har rørt. Du kan bruge dem til vibrationsspektroskopi, afstandsmåling, telekommunikation. Jeg glæder mig til at se, hvordan vi kan bruge vores. "