Um tsunami mantém sua forma de onda em distâncias muito longas através do oceano, retendo seu poder e 'informação' longe de sua fonte.

Na ciência da comunicação, reter informações em uma fibra óptica que abrange continentes é vital. Idealmente, isso requer a manipulação de luz em chips de silício na fonte e na extremidade de recepção da fibra, sem alterar a forma de onda do pacote fotônico de informações. Fazer isso tem iludido os cientistas até agora.

Uma colaboração entre o Instituto Nano da Universidade de Sydney e a Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura pela primeira vez manipulou uma onda de luz, ou informação fotônica, em um chip de silício que mantém sua 'forma' geral.

Essas ondas - seja um tsunami ou um pacote fotônico de informações - são conhecidas como 'solitons'. A equipe Sydney-Cingapura observou pela primeira vez a dinâmica de 'soliton' em um dispositivo de nitreto ultra-rico em silício (USRN) fabricado em Cingapura usando ferramentas de caracterização óptica de última geração na Sydney Nano.

Este trabalho fundamental, publicado hoje em Resenhas de laser e fotônica , é importante porque a maior parte da infraestrutura de comunicação ainda depende de dispositivos baseados em silício para propagação e recepção de informações. A manipulação de solitons no chip pode permitir a aceleração de dispositivos e infraestrutura de comunicações fotônicas.

Ezgi Sahin, um Ph.D. estudante da SUTD conduziu os experimentos com a Dra. Andrea Blanco Redondo na Universidade de Sydney.

"A observação da dinâmica complexa dos solitons abre caminho para uma ampla gama de aplicações, além da compressão de pulso, para processamento de sinal óptico no chip, "Sra. Sahin disse." Estou feliz por fazer parte desta grande parceria entre as duas instituições com uma profunda colaboração em toda a teoria, fabricação e medição do dispositivo. "

Co-autor do estudo e diretor do Sydney Nano, Professor Ben Eggleton, disse:"Isso representa um grande avanço para o campo da física de soliton e é de fundamental importância tecnológica.

"Sólitons dessa natureza - os chamados solitons de Bragg - foram observados pela primeira vez há cerca de 20 anos em fibras ópticas, mas não foram relatados em um chip porque o material de silício padrão no qual os chips são baseados restringe a propagação. Esta demonstração, que é baseado em uma versão ligeiramente modificada de silício que evita essas restrições, abre o campo para um paradigma inteiramente novo de manipulação de luz em um chip. "

Professora Dawn Tan, um co-autor do artigo na SUTD, disse:"Fomos capazes de demonstrar de forma convincente a formação e fissão de solitons de Bragg devido ao design exclusivo da grade de Bragg e à plataforma de material de nitreto rico em silício (USRN) que usamos. Esta plataforma evita a perda de informações que comprometeu as demonstrações anteriores."

Solitons são pulsos que se propagam sem mudar de forma e podem sobreviver a colisões e interações. Eles foram observados pela primeira vez em um canal escocês há 150 anos e são familiares no contexto de ondas de tsunami, que se propagam por milhares de quilômetros sem mudar de forma.

As ondas de solitons ópticas têm sido estudadas desde a década de 1980 em fibras ópticas e oferecem uma grande promessa para os sistemas de comunicação óptica, pois permitem que os dados sejam enviados a longas distâncias sem distorção. Solitons de Bragg, que derivam suas propriedades de grades de Bragg (estruturas periódicas gravadas no substrato de silício), podem ser estudados na escala da tecnologia de chip, onde podem ser aproveitados para processamento de sinal avançado.

Eles são chamados de solitons de Bragg em homenagem ao australiano Lawrence Bragg e seu pai William Henry Bragg, que discutiu pela primeira vez o conceito de reflexão de Bragg em 1913 e ganhou o Prêmio Nobel de Física. Eles são o único casal de pai e filho a ganhar o Prêmio Nobel.

Os solitons de Bragg foram observados pela primeira vez em 1996 em grades de Bragg em fibras ópticas. Isso foi demonstrado pelo professor Eggleton enquanto ele trabalhava em seu doutorado. na Bell Labs.

A natureza baseada em silício do dispositivo de grade de Bragg também garante compatibilidade com o processamento de semicondutor de óxido de metal complementar (CMOS). A capacidade de iniciar de forma confiável a compressão e fissão de solitons permite que fenômenos ultrarrápidos sejam gerados com pulsos mais longos do que o necessário. A miniaturização em escala de chip também avança a velocidade dos processos de sinal óptico em aplicações que requerem compactação.