Tsunami mikropiirillä

Kuvassa taiteilijan vaikutelma Brag-porttirakenteesta piisubstraatilla.

Sydneyn yliopiston Nano -instituutin ja Singaporen teknillisen korkeakoulun välinen yhteistyö on ensimmäistä kertaa manipuloinut valoaaltoa eli fotonista informaatiota piisirulla, tavalla joka säilyttää sen yleisen muodon.

Tsunami pitää aaltomuotonsa hyvin pitkillä etäisyyksillä valtameren yli, säilyttäen sen voiman ja "informaation" kaukana sen lähteestä.

Viestinnän tieteen alalla on tärkeää säilyttää tietoa mantereista ulottuvassa optisessa kuidussa. Ihannetapauksessa tämä edellyttää valon manipulointia piisiruilla kuidun lähtö ja vastaanottopäässä muuttamatta fotonisen informaatiopaketin aaltomuotoa.

Tällaisia aaltoja - olipa sitten tsunami tai fotoninen tietopaketti - kutsutaan ”solitoneiksi”. Sydneyn ja Singaporen tiimi on ensimmäistä kertaa havainnut ultra-pii-rikkaan nitridi- (USRN) -laitteessa solitonisen dynamiikan.

Tämä perustason työ on tärkeä, koska useimmat tietoliikenneinfrastruktuurit perustuvat edelleen piipohjaisiin laitteisiin informaation jakelussa ja vastaanotossa. Solitonien käsitteleminen sirulla voi mahdollisesti nopeuttaa fotonisia viestintälaitteita ja infrastruktuuria.

"Monimutkaisen solitonidynamiikan havainnointi luo mahdollisuuden moniin sovelluksiin sirulla optisen signaalin käsittelyssä ylittäen pulssikompressiotekniikan", toteaa SUTD:n PhD-opiskelija Ezgi Sahin.

Tutkimuksen kirjoittajan professori Ben Eggleton toteaa: "Tämä on merkittävä läpimurto solitonifysiikan alalla ja sillä on keskeinen teknologinen merkitys.

"Tämänkaltaiset solitonit - niin kutsutut Bragg-solitonit - havaittiin ensi kertaa noin 20 vuotta sitten optisissa kuiduissa, mutta niitä ei ole raportoitu sirulla, koska tavallinen piimateriaali rajoittaa etenemistä. Hieman modifioitu pii-versio, joka välttää nämä rajoitukset, avaa kentän täysin uudelle paradigmalle, jolla valoa voidaan käsitellä sirulla."

Solitonit ovat pulsseja, jotka etenevät muuttamatta muotoa ja voivat selviytyä törmäyksistä ja vuorovaikutuksista. Ne havaittiin ensimmäisen kerran Skotlannin kanavissa 150 vuotta sitten ja ne ovat tuttuja tsunamin aaltojen yhteydessä, jotka etenevät tuhansia kilometrejä muotoaan muuttamatta.

Optisia solitoniaaltoja on tutkittu 1980-luvulta lähtien optisiin kuituihin liittyen sillä ne tarjoavat suuria lupauksia optisia viestintäjärjestelmiä ajatellen, koska ne mahdollistavat datan lähettämisen pitkiä matkoja ilman vääristymiä.

Kehitetty Bragg-hilalaitteen piipohjainen luonne takaa myös yhteensopivuuden CMOS-tekniikan kanssa.

Aiheesta aiemmin:

Solitonista tiedonsiirtoa

Valon kolmiulotteinen reitittäminen