Grote hoeveelheden gegevens worden via internet en telecommunicatienetwerken verzonden, bijvoorbeeld, realtime videogesprekken van de ene mobiele telefoon naar de andere - over de hele wereld. Naarmate mensen steeds grotere hoeveelheden gegevens verzenden en ontvangen, zoals ultrahoge definitie (4K, 8K) beelden over deze grotendeels op glasvezel gebaseerde netwerken, en de vraag naar dergelijke stijgingen, dat geldt ook voor de behoefte aan nieuwe technologieën om die gegevens met hogere snelheden te verzenden, met verhoogde energie-efficiëntie, en tegen lagere kosten. Een veelbelovende manier om dat te doen, is door optische schakelaars te gebruiken die signalen doorgeven die door optische vezels van het ene circuit naar het andere worden overgebracht. Met name één nieuwe technologie biedt nu een aanzienlijke verbetering van de optische switches die door glasvezelnetwerken worden gebruikt.

In het werk zullen ze presenteren op de Optical Fiber Communication Conference and Exhibition (OFC), gehouden van 19-23 maart in Los Angeles, Californië, VS, onderzoekers van het Japanse National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) beschrijven de ontwikkeling van een nieuw soort geïntegreerde optische schakelaar, gemaakt met behulp van siliciumfotonica-technologieën op zeer efficiënte manieren.

Een vereiste van dergelijke optische schakelaars is dat ze lichtsignalen met zowel verticale als horizontale polarisaties kunnen verwerken. Dit komt omdat optische signalen gegevens met beide polarisaties dragen, een techniek die bekend staat als polarisatie-divisie multiplexing. Om deze dubbele transmissie te bereiken, voor elke polarisatie moet een apart schakelcircuit worden gebruikt. Daarbij, dit verdubbelt de grootte van de chip en verhoogt de kosten van het systeem.

Het nieuwe apparaat, technisch aangeduid als een "volledig geïntegreerde niet-dubbele polarisatie-diversiteit silicium-fotonische schakelaar, " bestaat uit een enkel 8 x 8-raster van 2 x 2-elementschakelaars. De onderzoekers ontdekten dat een enkel 8 x 8-raster met nieuwe unieke poorttoewijzingen de plaats zou kunnen innemen van twee gesynchroniseerde rasters, en dus worden gebruikt om tegelijkertijd beide polarisaties van licht te beheren, een methode die bekend staat als polarisatiediversiteit.

"Op deze manier, de schakelchip bereikt polarisatie "ongevoeligheid" zonder de grootte en kosten van de chip te verdubbelen, wat belangrijk is voor het verbreden van de praktische toepassing van dergelijke fotonica-geïntegreerde apparaten, zei hoofdauteur Ken Tanizawa van AIST. "We zijn er sterk van overtuigd dat een silicium-fotonische schakelaar een belangrijk apparaat is voor het bereiken van een duurzame groei van de verkeersbandbreedte in optische netwerken, waaronder zowel telecommunicatie als datacommunicatie, en uiteindelijk computercommunicatie."

Het nieuwe apparaat heeft ook polarisatiesplitter-rotators die op de chip zijn geïntegreerd. De splitter-rotators nemen ingangslichtsignalen op met zowel horizontale als verticale polarisaties, verdeel ze in afzonderlijke polarisaties, en draai de ene 90 graden zodat deze overeenkomt met de oriëntatie van de andere. Beide polarisaties worden synchroon geschakeld op het enkele 8 x 8 raster met de unieke poorttoewijzingen. De geschakelde polarisaties worden vervolgens opnieuw gecombineerd door de polarisatiesplitter-rotator zodat ze terugkeren naar hun oorspronkelijke staat.

De onderzoekers hebben het apparaat zo ontworpen dat de afstand die wordt afgelegd door elk signaal dat door het 8 x 8-raster gaat, identiek is, ongeacht zijn pad. Dit betekent dat de demping en vertraging van het signaal ook hetzelfde zijn, waardoor een constant signaal van hoge kwaliteit mogelijk is.

De nieuwe schakelaar is een proof-of-concept ontwerp. De onderzoekers werken nu aan een verdere verbetering van het apparaat en aan een ontwerp met een groter aantal poorten (zoals een 32 x 32 raster) waarmee een grotere hoeveelheid gegevens kan worden verzonden. Deze ontwikkelingen beloven niet alleen de netwerkflexibiliteit te verbeteren, maar openen ook nieuwe mogelijkheden voor het gebruik van optische schakeling in toekomstige energiezuinige optische netwerken.