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(wú)處不在，并且發(fā)生在等離子體物理學(xué)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(shí)驗室發(fā)現的光纖中，但迄今為止技術(shù)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(xué)和量子電子學(xué)院(IPQ)研究小組和微結構技術(shù)研究所(IMT)與EPFL光子學(xué)和量子測量實(shí)驗室(LPQM)的合作表明，孤子可能會(huì )卷土重來(lái)：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(xué)微諧振器中產(chǎn)生連續循環(huán)的光孤子。這些連續循環(huán)的孤子導致寬帶光學(xué)頻率梳。兩個(gè)這樣的疊加頻率梳在179個(gè)波長(cháng)信道上實(shí)現了大規模并行數據傳輸，數據速率超過(guò)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(xué)獎的光學(xué)頻率梳由大量相鄰光譜線(xiàn)組成，這些光譜線(xiàn)在規則的等距網(wǎng)格上對齊。傳統上，頻率梳用作頻率測量的高精度光學(xué)參考。所謂的克爾頻率梳的發(fā)明，其特征在于大的光學(xué)帶寬和通信的最佳線(xiàn)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(xiàn)可用于傳輸數據信號。

      在他們的實(shí)驗中，KIT和EPFL的研究人員在光子芯片上使用了光學(xué)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(gè)交錯頻率梳來(lái)在179個(gè)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(guò)50億個(gè)電話(huà)或超過(guò)200萬(wàn)個(gè)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(shuō)。

      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(xué)氮化硅微諧振器中產(chǎn)生的孤子。在這些中，2014年由Kippenberg的EPFL實(shí)驗室首次產(chǎn)生了光孤子狀態(tài)?！坝捎谖⒅C振器中光場(chǎng)強度高，非孤子形成孤子”Kippenberg解釋道。微諧振器僅通過(guò)連續波激光器泵浦，通過(guò)孤子，產(chǎn)生數百個(gè)新的等距激光線(xiàn)。氮化硅集成光子芯片在EPFL的微納米技術(shù)中心(CMi)中生長(cháng)和制造。同時(shí)，來(lái)自L(fǎng)PQM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(zhù)提高光通信中波分復用(WDM)技術(shù)的性能。WDM允許通過(guò)在單個(gè)光波導上使用多個(gè)獨立數據信道來(lái)傳輸超高數據速率。為此，信息在不同波長(cháng)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(gè)系統的可擴展性，并實(shí)現了與光的高度并行相干數據傳輸。據Christian Koos稱(chēng)，這是邁向未來(lái)petabit網(wǎng)絡(luò )的高效芯片級收發(fā)器的重要一步。