在光子芯片上使用孤子的光通信

      ICCSZ訊 光孤子是特殊的波包，它們在不改變形狀的情況下傳播。它們在自然界中無處不在，并且發(fā)生在等離子體物理學中，水波發(fā)生在生物系統中。雖然孤立子也存在于20世紀80年代在貝爾實驗室發(fā)現的光纖中，但迄今為止技術的應用受到限制。雖然研究人員研究了它們在光通信中的應用，但最終這種方法被放棄 現在，KIT光子學和量子電子學院(IPQ)研究小組和微結構技術研究所(IMT)與EPFL光子學和量子測量實驗室(LPQM)的合作表明，孤子可能會卷土重來：而不是使用一串光纖中的孤子脈沖，它們在緊湊的氮化硅光學微諧振器中產生連續(xù)循環(huán)的光孤子。這些連續(xù)循環(huán)的孤子導致寬帶光學頻率梳。兩個這樣的疊加頻率梳在179個波長信道上實現了大規(guī)模并行數據傳輸，數據速率超過每秒50太比特 - 這是頻率梳的記錄。這項工作發(fā)表在自然。

      約翰霍爾和西奧多W.H?nsch于2005年獲得諾貝爾物理學獎的光學頻率梳由大量相鄰光譜線組成，這些光譜線在規(guī)則的等距網格上對齊。傳統上，頻率梳用作頻率測量的高精度光學參考。所謂的克爾頻率梳的發(fā)明，其特征在于大的光學帶寬和通信的最佳線間距，使得頻率梳同樣非常適合于數據傳輸。每條單獨的譜線可用于傳輸數據信號。

      在他們的實驗中，KIT和EPFL的研究人員在光子芯片上使用了光學氮化硅微諧振器，可以很容易地集成到緊湊的通信系統中。對于通信演示，使用兩個交錯頻率梳來在179個單獨的光載波上發(fā)送數據，這些載波完全覆蓋光通信C和L頻帶，并允許在75千米的距離上傳輸55太比特/秒的數據速率?！斑@相當于超過50億個電話或超過200萬個高清電視頻道。這是使用芯片格式的頻率梳源達到的最高數據速率，”KIT教授Christian Koos解釋說。

      這些部件有可能大大降低通信系統中光源的能耗。研究人員工作的基礎是在低損耗光學氮化硅微諧振器中產生的孤子。在這些中，2014年由Kippenberg的EPFL實驗室首次產生了光孤子狀態(tài)?！坝捎谖⒅C振器中光場強度高，非孤子形成孤子”Kippenberg解釋道。微諧振器僅通過連續(xù)波激光器泵浦，通過孤子，產生數百個新的等距激光線。氮化硅集成光子芯片在EPFL的微納米技術中心(CMi)中生長和制造。同時，來自LPQM的創(chuàng)業(yè)公司，LiGenTec SA，

      該工作表明，微諧振器孤子頻率梳源可以顯著提高光通信中波分復用(WDM)技術的性能。WDM允許通過在單個光波導上使用多個獨立數據信道來傳輸超高數據速率。為此，信息在不同波長的激光上編碼。對于相干通信，微諧振器孤子頻率梳源不僅可以用于發(fā)射機，還可以用于WDM系統的接收機側。梳狀源極大地提高了各個系統的可擴展性，并實現了與光的高度并行相干數據傳輸。據Christian Koos稱，這是邁向未來petabit網絡的高效芯片級收發(fā)器的重要一步。