Een tsunami behoudt zijn golfvorm over zeer lange afstanden over de oceaan, haar macht en 'informatie' ver van de bron te behouden.

In de communicatiewetenschap, het vasthouden van informatie in een optische vezel die continenten overspant, is van vitaal belang. Ideaal, dit vereist de manipulatie van licht in siliciumchips aan de bron en het ontvangstuiteinde van de vezel zonder de golfvorm van het fotonische informatiepakket te veranderen. Dat is wetenschappers tot nu toe ontgaan.

Een samenwerking tussen het University of Sydney Nano Institute en de Singapore University of Technology and Design heeft voor het eerst een lichtgolf gemanipuleerd, of fotonische informatie, op een siliciumchip die zijn algehele 'vorm' behoudt.

Dergelijke golven - of het nu een tsunami is of een fotonisch informatiepakket - staan ​​bekend als 'solitonen'. Het Sydney-Singapore-team heeft voor het eerst 'soliton'-dynamiek waargenomen op een ultra-siliciumrijk nitride (USRN) -apparaat dat in Singapore is gefabriceerd met behulp van ultramoderne optische karakteriseringstools bij Sydney Nano.

Dit fundamentele werk, vandaag gepubliceerd in Laser- en fotonica-beoordelingen , is belangrijk omdat de meeste communicatie-infrastructuur nog steeds afhankelijk is van op silicium gebaseerde apparaten voor de verspreiding en ontvangst van informatie. Het manipuleren van solitons op de chip kan mogelijk de snelheid van fotonische communicatieapparatuur en -infrastructuur mogelijk maken.

Ezgi Sahin, een doctoraat student aan SUTD voerde de experimenten uit met Dr. Andrea Blanco Redondo aan de Universiteit van Sydney.

"De observatie van complexe solitondynamiek maakt de weg vrij voor een breed scala aan toepassingen, voorbij pulscompressie, voor on-chip optische signaalverwerking, "Zei mevrouw Sahin. "Ik ben blij deel uit te maken van dit geweldige partnerschap tussen de twee instellingen met een diepgaande samenwerking op het gebied van theorie, apparaat fabricage en meting."

Co-auteur van de studie en directeur van Sydney Nano, Professor Ben Eggleton, zei:"Dit is een grote doorbraak op het gebied van solitonfysica en is van fundamenteel technologisch belang.

"Solitonen van deze aard - zogenaamde Bragg-solitonen - werden ongeveer 20 jaar geleden voor het eerst waargenomen in optische vezels, maar zijn niet op een chip gerapporteerd omdat het standaard siliciummateriaal waarop chips zijn gebaseerd de voortplanting beperkt. Deze demonstratie, die is gebaseerd op een licht gewijzigde versie van silicium die deze beperkingen vermijdt, opent het veld voor een geheel nieuw paradigma voor het manipuleren van licht op een chip."

Professor Dawn Tan, een co-auteur van het artikel bij SUTD, zei:"We waren in staat om op overtuigende wijze de vorming en splijting van Bragg-soliton aan te tonen vanwege het unieke Bragg-roosterontwerp en het ultra-siliciumrijke nitridemateriaalplatform (USRN) dat we gebruikten. Dit platform voorkomt verlies van informatie die eerdere demonstraties in gevaar heeft gebracht."

Solitonen zijn pulsen die zich voortplanten zonder van vorm te veranderen en botsingen en interacties kunnen overleven. Ze werden 150 jaar geleden voor het eerst waargenomen in een Schots kanaal en zijn bekend in de context van tsunami-golven, die zich duizenden kilometers voortplanten zonder van vorm te veranderen.

Optische solitongolven worden sinds de jaren tachtig bestudeerd in optische vezels en bieden een enorme belofte voor optische communicatiesystemen omdat ze het mogelijk maken gegevens over lange afstanden te verzenden zonder vervorming. Bragg solitons, die hun eigenschappen ontlenen aan Bragg-roosters (periodieke structuren die in het siliciumsubstraat zijn geëtst), kunnen worden bestudeerd op de schaal van chiptechnologie, waar ze kunnen worden gebruikt voor geavanceerde signaalverwerking.

Ze worden Bragg solitons genoemd naar de in Australië geboren Lawrence Bragg en zijn vader William Henry Bragg, die in 1913 voor het eerst het concept van Bragg-reflectie besprak en vervolgens de Nobelprijs voor de natuurkunde won. Ze zijn het enige vader-zoonpaar dat Nobelprijzen heeft gewonnen.

Bragg solitonen werden voor het eerst waargenomen in 1996 in Bragg-roosters in optische vezels. Dit werd aangetoond door professor Eggleton terwijl hij werkte aan zijn Ph.D. bij Belllabs.

De op silicium gebaseerde aard van het Bragg-roosterapparaat zorgt ook voor compatibiliteit met complementaire metaaloxidehalfgeleider (CMOS) -verwerking. Het vermogen om solitoncompressie en splijting op betrouwbare wijze te initiëren, maakt het mogelijk om ultrasnelle verschijnselen te genereren met langere pulsen dan voorheen nodig was. De miniaturisatie op chipschaal verhoogt ook de snelheid van optische signaalprocessen in toepassingen die compactheid vereisen.