Een trein met lading heeft een eindige ruimte. De hoeveelheid vracht die aan boord kan worden vervoerd, wordt beperkt door de grootte van de vracht en de capaciteit van de trein. analoog, de hoeveelheid tijd die een optisch signaal in beslag neemt, beperkt de hoeveelheid gegevens die kan worden vervoerd. Tijdelijk kortere signalen zorgen ervoor dat meer gegevens in een bepaalde tijdsduur kunnen worden geperst, in een methode die optische multiplexing met tijdverdeling wordt genoemd. Fotonica-onderzoekers zijn er onlangs in geslaagd om licht in de tijd met een factor 11 te knijpen. Het ontwikkelde temporele compressiesysteem maakt een equivalente toename mogelijk van het aantal bits dat door licht in een glasvezelnetwerk wordt uitgezonden.

Door gebruik te maken van analoge dualiteiten in ruimte en tijd, hetzelfde systeem maakt het ook mogelijk om de frequentie (of golflengte) inhoud van licht te knijpen. Bijvoorbeeld, licht dat rood heeft, gele en blauwe kleuren worden spectraal gecomprimeerd om alleen geel licht te bezitten. De hoeveelheid kleur in een optisch signaal beperkt ook de hoeveelheid gegevens die in een glasvezelnetwerk kan worden vervoerd wanneer multiplexing met golflengteverdeling wordt gebruikt. Bijgevolg, dit vermogen om licht spectraal samen te knijpen zou hogere spectrale dichtheden van licht dat zich in een specifiek medium voortplant, mogelijk maken.

Details van dit werk verschenen in Licht:wetenschap en toepassingen op 18 juni 2021, en was een samenwerking tussen onderzoekers van de Singapore University of Technology and Design (SUTD), A*STAR Institute of Microelectronics en het Massachusetts Institute of Technology. Het ultrakleine formaat van het compressorsysteem zorgt voor een aantal ordes van grootte kleinere voetafdruk in vergelijking met omvangrijke, benchtop-compressorsystemen die worden gebruikt voor het genereren van korte pulsen bij ultrasnelle optische signaalverwerking.

De bereikte hoge compressie werd mogelijk gemaakt door het tweetrapsontwerp met een dispersief element en een sterk niet-lineaire component, die beide op dezelfde chip waren geïntegreerd.

"Door de bijdragen van de dispersieve en niet-lineaire stadia in evenwicht te brengen, we kunnen sterke compressie genereren in tijd of frequentie. De temporele compressie is een van de sterkste die tot nu toe op een chip is aangetoond. De spectrale compressie is ook de eerste in zijn soort die op een chip wordt gedemonstreerd, " zei Dr. Ju Won Choi, de research fellow die aan dit project heeft meegewerkt.

Het bieden van sterke compressie op zo'n kleine voetafdruk van het apparaat zou de goedkope implementatie van korte pulsen die nodig zijn in telecommunicatie, vergemakkelijken, datacenter, precisiefabricage en hyperspectrale beeldvorming.

"Het gedemonstreerde geïntegreerde systeem op de chip dat in staat is tot zowel hoge temporele als spectrale compressie, maakt flexibiliteit mogelijk bij het manipuleren van optische pulsen, een belangrijk vermogen aangezien de last voor bestaande hogesnelheidscommunicatie groter wordt. Het datacentrum, telecommunicatie- en 5G-industrieën zullen steeds meer capaciteit nodig hebben, en benaderingen zoals deze die helpen meer licht in een bepaald medium te persen, zullen helpen bij deze drang naar snellere optische communicatienetwerken, " zei universitair hoofddocent Dawn Tan van SUTD, de hoofdonderzoeker van dit werk.