Een team van wetenschappers van de Universiteit van Otago/Dodd-Walls Center heeft een nieuw apparaat ontwikkeld dat de volgende generatie snellere, energiezuiniger internet. Hun baanbrekende resultaten zijn gepubliceerd in 's werelds meest vooraanstaande wetenschappelijke tijdschrift Natuur deze morgen.

Het internet is een van de grootste stroomverbruikers ter wereld. Nu de datacapaciteit naar verwachting elk jaar zal verdubbelen en de fysieke infrastructuur die wordt gebruikt voor het coderen en verwerken van data zijn grenzen bereikt, er is een enorme druk om nieuwe oplossingen te vinden om de snelheid en capaciteit van internet te vergroten.

Hoofdonderzoeker dr. Harald Schwefel en dr. Madhuri Kumari's onderzoek hebben een antwoord gevonden. Ze hebben een apparaat gemaakt dat een microresonator optische frequentiekam wordt genoemd, gemaakt van een kleine schijf kristal. Het apparaat transformeert een enkele kleur laserlicht in een regenboog van 160 verschillende frequenties - elke straal is volledig synchroon met elkaar en perfect stabiel. Een dergelijk apparaat zou honderden energieverslindende lasers kunnen vervangen die momenteel worden gebruikt voor het coderen en verzenden van gegevens over de hele wereld.

Het werk is ontstaan ​​uit het eerdere onderzoek van Dr. Schwefel aan het prestigieuze Max Planck Instituut in Duitsland en zijn samenwerking met Dr. Alfredo Rueda die een deel van het voorbereidende onderzoek deed.

Het internet wordt aangedreven door lasers. Elke e-mail, mobiel bellen en websitebezoek wordt gecodeerd in gegevens en met laserlicht de wereld rondgestuurd. Om meer gegevens in een enkele optische vezel te proppen, wordt de informatie opgesplitst in verschillende lichtfrequenties die parallel kunnen worden verzonden.

Dr. Kumari zegt dat de huidige infrastructuur moeite heeft om aan de vraag te voldoen, aangezien het internetverbruik aanzienlijk toeneemt.

"Lasers zenden slechts één kleur tegelijk uit. Wat dit betekent is dat, als uw toepassing veel verschillende kleuren tegelijk vereist, je hebt veel lasers nodig. Allemaal kosten ze geld en verbruiken ze energie. Het idee van deze nieuwe frequentiekammen is dat je één kleur in de microresonator lanceert, er komt een hele reeks nieuwe kleuren uit, " zegt Dr. Kumari.

"Het is een heel cool energiebesparingsprogramma, " zegt Dr. Schwefel, "Het vervangt een heel rek met lasers door een klein energiezuinig apparaat."

Hij verwacht dat de apparaten zullen worden ingebouwd in sub-oceanische landingsstations waar alle informatie van op het land gebaseerde vezels wordt gepropt in de weinige sub-oceanische vezels die in minder dan een decennium beschikbaar zijn, misschien binnen een paar jaar.

"Om het apparaat voor de telecommunicatie-industrie te ontwikkelen, moeten we gaan samenwerken met grote telecommunicatiebedrijven, " Dr. Schwefel legt uit. "We zijn het proces begonnen door samen te werken met een in Nieuw-Zeeland gevestigd optisch technologiebedrijf."

Deze doorbraak is de eerste mijlpaal in een door de overheid gefinancierde samenwerking tussen wetenschappers van de Universiteit van Otago en de Universiteit van Auckland die deel uitmaken van het Dodd-Walls Centre for Quantum and Photonic Technologies - een virtuele organisatie die de toponderzoekers van Nieuw-Zeeland verzamelt die in de velden werken van licht en kwantumwetenschap. Het onderzoeksproject heeft bijna een miljoen dollar aan Marsden Fund-geld gekregen om het potentieel van microresonatorfrequentiekammen te ontwikkelen en te testen.

De optische frequentiekammen zijn gebaseerd op een zeer ongebruikelijk optisch effect dat optreedt wanneer de intensiteit van het licht extreem hoog wordt. Je stuurt een enkele kleur zichtbaar licht in de kristalschijf samen met een microgolfsignaal en omdat de kristalschijf zo'n hoge kwaliteit heeft, het licht en de microgolfstraling worden binnenin opgesloten. Het licht en de microgolfstraling blijven binnenstromen en stuiteren rond en rond in het kristal. In de meeste situaties verandert licht nooit van kleur, maar in dit geval wordt de intensiteit zo hoog dat het licht en de microgolfstraling gaan versmelten en verschillende kleuren maken. Het fenomeen staat bekend als een niet-lineair effect en het heeft het team vele jaren gekost om het te optimaliseren.

De enige andere groep ter wereld die apparaten van concurrerende kwaliteit maakt, is een samenwerking van Harvard en Stanford Universities in de VS, ook gepubliceerd in deze maand Natuur , maar momenteel hebben Drs Schwefel en Kumari het record voor het meest efficiënte apparaat. Dit betekent in wezen dat hun kristallen geen licht lekken. De truc is om een ​​kristal van extreem hoge kwaliteit te hebben. De groep van Harald is een wereldexpert in het maken van kristallen schijven in zijn laboratorium aan de Universiteit van Otago.

Het internet is slechts een van de mogelijke toepassingen voor de nieuwe optische frequentiekammen. Een ander gebruik is zeer nauwkeurige spectroscopie, waarbij laserlicht wordt gebruikt om de chemische samenstelling te bestuderen en te identificeren. eigenschappen en structuur van materialen inclusief ziekten, explosieven en chemicaliën. Dr. Kumari's volgende missie zal zijn om naast andere mogelijkheden deze toepassing te verkennen.

"Dit is een heel erg spannend project om aan te werken, " zegt Dr. Kumari. "Optische frequentiekammen hebben letterlijk een revolutie teweeggebracht in elk gebied van toepassingen dat ze hebben aangeraakt. Je kunt ze gebruiken voor vibrationele spectroscopie, afstandsmeting, telecommunicatie. Ik kijk ernaar uit om te zien hoe we die van ons kunnen gebruiken."