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硅芯片上的海啸操纵了光波或光子信息

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  • 2019-11-28 10:29:18
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海啸在整个海洋的很长距离内都保持其波形,使它的力量和“信息”远离其源头。

在通信科学中,在跨大洲的光纤中保留信息至关重要。理想情况下,这需要在光纤的源端和接收端对硅芯片中的光进行操作,而不改变信息光子包的波形。到目前为止,科学家还没有这样做。

悉尼大学纳米研究所与新加坡科技设计大学之间的合作首次在保持其整体“形状”的硅芯片上操纵了光波或光子信息。

这种海浪(无论是海啸还是光子信息包)被称为“孤子”。悉尼-新加坡团队首次使用在Sydney Nano上使用最先进的光学表征工具,在新加坡制造的超富硅氮化物(USRN)装置上观察到了“孤子”动力学。

今天发表在《激光与光子学评论》上的这项基础性工作非常重要,因为大多数通信基础设施仍然依赖基于硅的设备来传播和接收信息。在芯片上处理孤子可能会加快光子通信设备和基础设施的速度。

SUTD的博士生Ezgi Sahin与悉尼大学的Andrea Blanco Redondo博士进行了实验。

Sahin女士说:“对复杂孤子动力学的观察为脉冲压缩之外的片上光信号处理开辟了广阔的应用领域。”“我很高兴成为两家机构之间这种伟大合作关系的一部分,并在理论,设备制造和测量方面进行了深度合作。”

该研究的共同作者,悉尼纳米大学主任本·埃格尔顿教授说:“这是孤子物理学领域的重大突破,具有根本的技术重要性。

“这种性质的孤子-所谓的布拉格孤子-大约在20年前首次在光纤中被观察到,但尚未在芯片上报道过,因为芯片所基于的标准硅材料会限制传播。该演示基于避免了这些限制的硅的略微修改版本,为操纵芯片上的光提供了全新的范例。”

SUTD论文的合著者Dawn Tan教授说:“由于我们独特的布拉格光栅设计和我们使用的超富硅氮化物材料平台(USRN),我们能够令人信服地证明布拉格孤子的形成和裂变。 。该平台可防止丢失影响先前演示的信息。”

孤子是在不改变形状的情况下传播并且可以在碰撞和相互作用中生存的脉冲。它们是150年前在苏格兰运河中首次观测到的,在海啸波的背景下非常熟悉,海浪传播了数千公里而没有改变形状。

自1980年代以来,就已经研究了光纤中的孤子波,并为光通信系统提供了广阔的前景,因为它们允许在不失真的情况下长距离发送数据。可以从布拉格光栅(蚀刻到硅基板的周期性结构)中获得其特性的布拉格孤子,可以在芯片技术规模上进行研究,并利用它们进行高级信号处理。

在澳大利亚出生的劳伦斯·布拉格(Lawrence Bragg)和他的父亲威廉·亨利·布拉格(William Henry Bragg)继1913年首次讨论布拉格反射的概念并获得诺贝尔物理学奖之后,他们将它们称为布拉格孤子。他们是唯一获得诺贝尔奖的父子。

布拉格孤子最早于1996年在光纤的布拉格光栅中观察到。Eggleton教授在贝尔实验室攻读博士学位时就证明了这一点。

布拉格光栅器件的硅基性质还确保了与互补金属氧化物半导体(CMOS)处理的兼容性。可靠地引发孤子压缩和裂变的能力使得能够以比以前所需的更长的脉冲来产生超快现象。在需要紧凑性的应用中,芯片级微型化还提高了光信号处理的速度。

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