Ultra-stærk klemning af lys demonstreret for ultrahurtig optisk signalbehandling

Et tog med gods har begrænset plads. Mængden af ​​gods, der kan transporteres om bord, er begrænset af lastens størrelse og togets kapacitet. Analogt, mængden af ​​tid, der optages af et optisk signal, begrænser mængden af ​​data, der kan transporteres. Tidsmæssigt kortere signaler gør det muligt at presse flere data ind i en given varighed, i en metode kaldet optisk tidsdelt multipleksing. Det er for nylig lykkedes for fotonikforskere at presse lys i tid med en faktor 11. Det udviklede tidskompressionssystem tillader en tilsvarende stigning i antallet af bits, der transmitteres af lys i et fiberoptisk netværk.

Ved at udnytte analoge dualiteter i rum og tid, det samme system gør det også muligt at presse lysets frekvens (eller bølgelængde) indhold. For eksempel, lys, der har rødt, gule og blå farver vil blive spektralt komprimeret til kun at have gult lys. Mængden af ​​farve i et optisk signal begrænser også mængden af ​​data, der kan transporteres i et fiberoptisk netværk, når der anvendes bølgelængdemultipleksing. Følgelig, denne evne til at spektralt klemme lys kunne tillade højere spektraltætheder af lys, der forplanter sig i et specifikt medium.

Detaljer om dette arbejde dukkede op i Lys:Videnskab og applikationer den 18. juni 2021, og var et samarbejde mellem forskere ved Singapore University of Technology and Design (SUTD), A*STAR Institute of Microelectronics og Massachusetts Institute of Technology. Den ultra-lille størrelse af kompressorsystemet giver flere størrelsesordener mindre fodaftryk sammenlignet med voluminøse, bordkompressorsystemer, der bruges til at generere korte impulser i ultrahurtig optisk signalbehandling.

Den opnåede høje kompression blev muliggjort af to-trinsdesignet med et dispersivt element og en stærkt ikke-lineær komponent, som begge var integreret på den samme chip.

"Ved at balancere bidragene fra de dispersive og ikke-lineære stadier, vi kunne generere stærk komprimering i enten tid eller frekvens. Den tidsmæssige kompression er en af ​​de stærkeste demonstreret til dato på en chip. Den spektrale kompression er også den første af sin art, der er demonstreret på en chip, " sagde Dr. Ju Won Choi, stipendiat, der arbejdede på dette projekt.

Tilvejebringelse af stærk komprimering på så lille en enheds fodaftryk kunne lette lavpris implementering af korte impulser, der er nødvendige i telekommunikation, datacenter, præcisionsfremstilling og hyperspektral billeddannelse.

"Det demonstrerede integrerede system på chip, der er i stand til både høj tidsmæssig og spektral kompression, tillader fleksibilitet i manipulationen af ​​optiske impulser, en vigtig kapacitet, efterhånden som byrden på eksisterende højhastighedskommunikation bliver mere udtalt. Datacenteret, telekommunikation og 5G -industrier vil kræve mere og mere kapacitet, og tilgange som disse, der hjælper med at presse mere lys ind i et givent medium, vil hjælpe i dette drev mod hurtigere optiske kommunikationsnetværk, " sagde lektor Dawn Tan fra SUTD, som var den primære efterforsker af dette arbejde.