Ett tåg som transporterar gods har begränsat utrymme. Mängden last som kan transporteras ombord begränsas av lastens storlek och tågets kapacitet. Analogt, den tid som tas upp av en optisk signal begränsar mängden data som kan överföras. Temporärt kortare signaler gör att mer data kan pressas in i en given tidslängd, i en metod som kallas optisk tidsmultiplexering. Fotonikforskare har nyligen lyckats klämma ljus i tid med en faktor 11. Det utvecklade tidskompressionssystemet tillåter en motsvarande ökning av antalet bitar som sänds av ljus i ett fiberoptiskt nätverk.

Genom att utnyttja analoga dualiteter i rum och tid, samma system tillåter också att ljusets frekvens (eller våglängds) innehåll pressas ut. Till exempel, ljus som har rött, gula och blå färger kommer att komprimeras spektralt för att endast ha gult ljus. Mängden färg i en optisk signal begränsar också mängden data som kan transporteras i ett fiberoptiskt nätverk när våglängdsmultiplexering används. Följaktligen, denna förmåga att spektralt klämma ljus skulle kunna tillåta högre spektraldensiteter av ljus som fortplantar sig i ett specifikt medium.

Detaljer om detta arbete dök upp i Ljus:Vetenskap och tillämpningar den 18 juni 2021, och var ett samarbete mellan forskare vid Singapore University of Technology and Design (SUTD), A*STAR Institute of Microelectronics och Massachusetts Institute of Technology. Den extremt lilla storleken på kompressorsystemet ger flera storleksordningar mindre fotavtryck jämfört med skrymmande, bänkkompressorsystem som används för att generera korta pulser i ultrasnabb optisk signalbehandling.

Den höga kompressionen som uppnåddes möjliggjordes av tvåstegsdesignen med ett dispersivt element och en starkt olinjär komponent, som båda var integrerade på samma chip.

"Genom att balansera bidragen från de dispersiva och olinjära stadierna, vi skulle kunna generera stark kompression i antingen tid eller frekvens. Den temporala kompressionen är en av de starkaste som visats hittills på ett chip. Den spektrala kompressionen är också den första i sitt slag som demonstreras på ett chip, " sa Dr Ju Won Choi, forskaren som arbetade med detta projekt.

Att tillhandahålla stark komprimering på ett så litet enhetsfotavtryck kan underlätta lågkostnadsutbyggnad av korta pulser som behövs inom telekommunikation, datacenter, precisionstillverkning och hyperspektral avbildning.

"Det demonstrerade integrerade systemet på chip som kan både hög temporal och spektral komprimering möjliggör flexibilitet vid manipulering av optiska pulser, en viktig förmåga när belastningen på befintlig höghastighetskommunikation blir mer uttalad. Datacentret, telekommunikations- och 5G-industrin kommer att kräva mer och mer kapacitet, och tillvägagångssätt som dessa som hjälper till att pressa in mer ljus i ett givet medium kommer att hjälpa till i denna strävan mot snabbare optiska kommunikationsnätverk, " sa docent Dawn Tan från SUTD som var den främsta utredaren av detta arbete.