Гребенки оптических частот, за которые Джон Холл и Теодор В. Ханш были удостоены Нобелевской премии по физике в 2005 году, состоят из множества соседних спектральных линий, которые выровнены по равномерной эквидистантной сетке. Традиционно частотные гребенки служат в качестве высокоточных оптических эталонов для измерения частот. Изобретение так называемых частотных гребенок Керра, которые характеризуются большой оптической полосой пропускания и оптимальным для связи межстрочным интервалом, делает частотные гребенки одинаково хорошо подходящими для передачи данных.
Каждая отдельная спектральная линия может использоваться для передачи сигнала данных.В своем эксперименте исследователи из KIT и EPFL использовали оптические микрорезонаторы из нитрида кремния на фотонном чипе, которые можно легко интегрировать в компактные системы связи. Для демонстрации связи были использованы две чередующиеся частотные гребенки для передачи данных на 179 отдельных оптических несущих, которые полностью покрывают диапазоны C и L оптической связи и позволяют передавать данные со скоростью 55 терабит в секунду на расстояние 75 километров. «Это эквивалентно более пяти миллиардам телефонных звонков или более чем двум миллионам телеканалов высокой четкости.
Это самая высокая скорость передачи данных, когда-либо достигнутая с использованием источника частотной гребенки в формате микросхемы», — объясняет Кристиан Коос, профессор IPQ и IMT KIT и получатель. Гранта для начинающих независимых исследователей Европейского исследовательского совета (ERC) за исследования оптических частотных гребенок.
Компоненты могут значительно снизить потребление энергии источником света в системах связи. Основу работы исследователей составляют солитоны, генерируемые в оптических микрорезонаторах из нитрида кремния с малыми потерями. В них состояние оптического солитона было впервые сгенерировано лабораторией Киппенберга в EPFL в 2014 году. «Солитон формируется в результате нелинейных процессов, происходящих из-за высокой интенсивности светового поля в микрорезонаторе», — объясняет Киппенберг. Накачка микрорезонатора осуществляется только лазером непрерывного действия, из которого с помощью солитона генерируются сотни новых эквидистантных лазерных линий.
Интегрированные фотонные чипы из нитрида кремния выращиваются и производятся в Центре микронанотехнологий (CMi) при EPFL. Между тем, стартап от LPQM, LiGenTec SA, также предлагает доступ к этим фотонным интегральным схемам заинтересованным академическим и промышленным исследовательским лабораториям.В работе показано, что источники гребенчатой частоты на основе солитонов на микрорезонаторах могут значительно повысить эффективность методов мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM) в оптической связи.
WDM позволяет передавать сверхвысокие скорости передачи данных за счет использования множества независимых каналов данных в одном оптическом волноводе. Для этого информация кодируется лазерным светом с разной длиной волны. Для когерентной связи источники гребенчатых частотных солитонов на микрорезонаторах могут использоваться не только на передатчике, но и на приемной стороне систем WDM. Гребенчатые источники значительно увеличивают масштабируемость соответствующих систем и обеспечивают высокопараллельную когерентную передачу данных со светом.
По словам Кристиана Кооса, это важный шаг на пути к высокоэффективным трансиверам на уровне микросхем для будущих петабитных сетей.