Optische solitonen zijn speciale golfpakketten die zich voortplanten zonder van vorm te veranderen. Bij optische communicatie solitonen kunnen worden gebruikt voor het genereren van frequentiekammen met verschillende spectraallijnen, waarmee bijzonder efficiënte en compacte optische communicatiesystemen met hoge capaciteit kunnen worden gerealiseerd. Dit werd onlangs aangetoond door onderzoekers van KIT's Institute of Photonics and Quantum Electronics (IPQ) en Institute of Microstructure Technology (IMT) samen met onderzoekers van EPFL's Laboratory of Photonics and Quantum Measurements (LPQM).

Zoals gemeld in Natuur , de onderzoekers gebruikten siliciumnitride-microresonatoren die gemakkelijk kunnen worden geïntegreerd in compacte communicatiesystemen. Binnen deze resonatoren, solitonen circuleren continu, dus het genereren van breedband optische frequentiekammen. Dergelijke frequentiekammen, waarvoor John Hall en Theodor W. Hänsch in 2005 de Nobelprijs voor de natuurkunde kregen, bestaat uit een veelvoud van spectraallijnen, die zijn uitgelijnd op een regelmatig equidistant raster. traditioneel, frequentiekammen dienen als zeer nauwkeurige optische referenties voor het meten van frequenties. Zogenaamde Kerr-frequentiekammen hebben grote optische bandbreedtes en vrij grote lijnafstanden, en zijn bijzonder geschikt voor gegevensoverdracht. Elke afzonderlijke spectraallijn kan worden gebruikt voor het verzenden van een afzonderlijk datakanaal.

In hun experimenten, de onderzoekers uit Karlsruhe en Lausanne gebruikten twee interleaved frequentiekammen om gegevens over 179 individuele optische draaggolven te verzenden, die de optische telecommunicatie C- en L-banden volledig dekken en een overdracht van gegevens mogelijk maken met een snelheid van 55 terabit per seconde over een afstand van 75 kilometer. "Dit komt overeen met meer dan vijf miljard telefoontjes of meer dan twee miljoen HD-tv-kanalen. Het is de hoogste datasnelheid die ooit is bereikt met een frequentiekambron in chipformaat, " legt Christian Koos uit, professor aan KIT's IPQ en IMT en ontvanger van een Starting Independent Researcher Grant van de European Research Council (ERC) voor zijn onderzoek naar optische frequentiekammen.

De componenten hebben het potentieel om het energieverbruik van de lichtbron in communicatiesystemen drastisch te verminderen. De basis van het werk van de onderzoekers zijn optische siliciumnitride-microresonatoren met een laag verlies. In deze, de beschreven soliton-toestand werd voor het eerst gegenereerd door de werkgroep rond professor Tobias Kippenberg bij EPFL in 2014. De voordelen van de aanpak uitleggen, Professor Kippenberg zegt:"Onze soliton comb-bronnen zijn bij uitstek geschikt voor datatransmissie en kunnen in grote hoeveelheden tegen lage kosten op compacte microchips worden geproduceerd." De soliton wordt gevormd door zogenaamde niet-lineaire optische processen die optreden als gevolg van de hoge intensiteit van het lichtveld in de microresonator. De microresonator wordt alleen door een continue-golflaser gepompt waaruit, door middel van de soliton, honderden nieuwe equidistante laserlijnen worden gegenereerd. De kambronnen worden momenteel toegepast door een spin-off van EPFL.

Het werk gepubliceerd in Natuur toont aan dat microresonator soliton frequentiekambronnen de prestaties van golflengteverdelingsmultiplexing (WDM) technieken in optische communicatie aanzienlijk kunnen verbeteren. Met WDM kunnen ultrahoge gegevenssnelheden worden verzonden door gebruik te maken van een groot aantal onafhankelijke gegevenskanalen op een enkele optische golfgeleider. Hiertoe, de informatie wordt gecodeerd op laserlicht van verschillende golflengten. Voor coherente communicatie, microresonator soliton frequentiekam bronnen kunnen niet alleen bij de zender worden gebruikt, maar ook aan de ontvangerkant van WDM-systemen. De kambronnen vergroten de schaalbaarheid van de respectieve systemen aanzienlijk en maken een zeer parallelle coherente gegevensoverdracht met licht mogelijk. Volgens Christian Koos, dit is een belangrijke stap in de richting van zeer efficiënte transceivers op chipschaal voor toekomstige petabit-netwerken.