Konstnärens intryck av Bragg -gated -strukturen på ett kiselsubstrat. Kredit:University of Sydney &SIngapore University of Technology and Design
En tsunami håller sin vågform över mycket långa sträckor över havet, behålla sin makt och "information" långt ifrån källan.
Inom kommunikationsvetenskap, att behålla information i en optisk fiber som spänner över kontinenter är avgörande. Helst, detta kräver manipulation av ljus i kiselchips vid fiberns käll- och mottagningsände utan att ändra vågformen hos det fotoniska informationspaketet. Att göra det har undvikit forskare tills nu.
Ett samarbete mellan University of Sydney Nano Institute och Singapore University of Technology and Design har för första gången manipulerat en ljusvåg, eller fotonisk information, på ett kiselchip som behåller sin övergripande "form".
Sådana vågor - oavsett om det är en tsunami eller ett fotoniskt informationspaket - är kända som "solitons". Teamet Sydney-Singapore har för första gången observerat "soliton" -dynamik på en ultrakiselrik nitrid (USRN) -apparat tillverkad i Singapore med hjälp av toppmoderna optiska karakteriseringsverktyg i Sydney Nano.
Detta grundläggande arbete, publicerad idag i Laser &fotonik recensioner , är viktigt eftersom de flesta kommunikationsinfrastrukturer fortfarande är beroende av kiselbaserade enheter för spridning och mottagning av information. Manipulering av solitons on-chip kan möjligen möjliggöra snabbare upplösning av fotoniska kommunikationsenheter och infrastruktur.
Ezgi Sahin, en doktorsexamen student på SUTD genomförde experimenten med Dr Andrea Blanco Redondo vid University of Sydney.
Doktoranden och huvudförfattaren Sahin Ezgi från Singapore University of Technology and Design innehar ett av de experimentella chipsen. Kredit:Singapore University of Technology and Design
"Observationen av komplex soliton -dynamik banar väg för ett brett spektrum av applikationer, bortom pulskomprimering, för optisk signalbehandling på chip, "Sa Sahin." Jag är glad över att få vara en del av detta fantastiska partnerskap mellan de två institutionerna med ett djupt samarbete över hela teorin, tillverkning och mätning av enheter. "
Medförfattare till studien och direktör för Sydney Nano, Professor Ben Eggleton, sade:"Detta representerar ett stort genombrott inom området solitonfysik och är av grundläggande teknisk betydelse.
"Solitoner av denna karaktär-så kallade Bragg-solitoner-observerades först för cirka 20 år sedan i optiska fibrer men har inte rapporterats på ett chip eftersom det vanliga kiselmaterialet som chips bygger på begränsar spridningen. Denna demonstration, som är baserad på en något modifierad version av kisel som undviker dessa begränsningar, öppnar fältet för ett helt nytt paradigm för att manipulera ljus på ett chip. "
Professor Dawn Tan, en medförfattare av tidningen på SUTD, sa:"Vi kunde på ett övertygande sätt visa Bragg-solitonbildning och klyvning på grund av den unika Bragg-gallerdesignen och den ultrakiselrika nitridmaterialplattformen (USRN) som vi använde. Denna plattform förhindrar förlust av information som har äventyrat tidigare demonstrationer."
Solitoner är pulser som sprider sig utan att ändra form och kan överleva kollisioner och interaktioner. De observerades först i en skotsk kanal för 150 år sedan och är bekanta i samband med tsunamivågor, som sprider sig tusentals kilometer utan att ändra form.
Optiska solitonvågor har studerats sedan 1980 -talet i optiska fibrer och erbjuder ett enormt löfte för optiska kommunikationssystem eftersom de tillåter data att skickas över långa avstånd utan distorsion. Bragg solitons, som härleder sina egenskaper från Bragg -galler (periodiska strukturer etsade in i kiselsubstratet), kan studeras i skala av chipteknologi där de kan utnyttjas för avancerad signalbehandling.
De kallas Bragg solitons efter australiensiska Lawrence Bragg och hans far William Henry Bragg, som först diskuterade begreppet Bragg -reflektion 1913 och vann Nobelpriset i fysik. De är det enda pappan och sonparet som har vunnit nobelpris.
Bragg -solitoner observerades första gången 1996 i Bragg -galler i optiska fibrer. Detta demonstrerade professor Eggleton medan han arbetade med sin doktorsexamen. på Bell Labs.
Den kiselbaserade karaktären hos Bragg-galleranordningen säkerställer också kompatibilitet med kompletterande metalloxidhalvledar (CMOS) bearbetning. Möjligheten att på ett tillförlitligt sätt initiera solitonkomprimering och fission gör att ultrasnabba fenomen kan genereras med längre pulser än vad som tidigare krävts. Chipskala-miniatyriseringen ökar också hastigheten på optiska signalprocesser i applikationer som kräver kompakthet.
