Optiska solitoner är speciella vågpaket som sprider sig utan att ändra form. I optisk kommunikation, solitons kan användas för att generera frekvenskammar med olika spektrallinjer, som gör det möjligt att realisera särskilt effektiva och kompakta optiska kommunikationssystem med hög kapacitet. Detta demonstrerades nyligen av forskare från KIT:s Institute of Photonics and Quantum Electronics (IPQ) och Institute of Microstructure Technology (IMT) tillsammans med forskare från EPFL:s Laboratory of Photonics and Quantum Measurements (LPQM).

Som rapporterats i Natur , forskarna använde kiselnitridmikroresonatorer som enkelt kan integreras i kompakta kommunikationssystem. Inom dessa resonatorer, solitoner cirkulerar kontinuerligt, sålunda genererar bredband optiska frekvenskammar. Sådana frekvenskammar, för vilka John Hall och Theodor W. Hänsch tilldelades Nobelpriset i fysik 2005, består av en mängd spektrallinjer, som är inriktade på ett vanligt lika långt avstånd. Traditionellt, frekvenskammar fungerar som optiska referenser med hög precision för mätning av frekvenser. Så kallade Kerr-frekvenskammar har stora optiska bandbredder tillsammans med ganska stora linjeavstånd, och är särskilt väl lämpade för dataöverföring. Varje enskild spektrallinje kan användas för att sända en separat datakanal.

I deras experiment, forskarna från Karlsruhe och Lausanne använde två interfolierade frekvenskammar för att överföra data om 179 enskilda optiska bärare, som helt täcker de optiska telekommunikations- och L -banden och möjliggör överföring av data i en hastighet av 55 terabit per sekund över en sträcka av 75 kilometer. "Detta motsvarar mer än fem miljarder telefonsamtal eller mer än två miljoner HD -TV -kanaler. Det är den högsta datahastighet som någonsin nåtts med hjälp av en frekvenskammkälla i chipformat, "förklarar Christian Koos, professor vid KIT:s IPQ och IMT och mottagare av ett startande oberoende forskaranslag från European Research Council (ERC) för sin forskning om optiska frekvenskammar.

Komponenterna har potential att drastiskt minska energiförbrukningen för ljuskällan i kommunikationssystem. Grunden för forskarnas arbete är mikroresonatorer med optisk kiselnitrid med låg förlust. I dessa, solitonstaten som beskrivs genererades för första gången av arbetsgruppen kring professor Tobias Kippenberg vid EPFL 2014. Förklarar fördelarna med tillvägagångssättet, Professor Kippenberg säger, "Våra soliton kamkällor är idealiska för dataöverföring och kan produceras i stora mängder till låga kostnader på kompakta mikrochips." Solitonen bildas genom så kallade olinjära optiska processer som uppstår på grund av ljusfältets höga intensitet i mikroresonatorn. Mikroresonatorn pumpas endast genom en kontinuerlig våglaser från vilken, med hjälp av soliton, hundratals nya lika långt avstånd laserlinjer genereras. Kamkällorna används för närvarande genom en spin-off av EPFL.

Verket publicerat i Natur visar att mikroresonator -solitonfrekvenskamkällor kan avsevärt öka prestandan för våglängdsmultiplexeringstekniker (WDM) i optisk kommunikation. WDM gör det möjligt att överföra ultrahöga datahastigheter med hjälp av en mängd oberoende datakanaler på en enda optisk vågledare. För detta ändamål, informationen är kodad på laserljus med olika våglängder. För sammanhängande kommunikation, mikroresonator solitonfrekvenskamkällor kan användas inte bara vid sändaren, men också på mottagarsidan av WDM -system. Kammkällorna ökar dramatiskt skalbarheten för respektive system och möjliggör mycket parallell koherent dataöverföring med ljus. Enligt Christian Koos, detta är ett viktigt steg mot mycket effektiva chip-skala transceivrar för framtida petabit-nätverk.