Los solitones ópticos son paquetes de ondas especiales que se propagan sin cambiar su forma. En comunicaciones ópticas, Los solitones se pueden utilizar para generar peines de frecuencia con varias líneas espectrales, que permiten realizar sistemas de comunicación óptica especialmente eficientes y compactos de alta capacidad. Esto fue demostrado recientemente por investigadores del Instituto de Fotónica y Electrónica Cuántica (IPQ) y del Instituto de Tecnología de Microestructura (IMT) de KIT junto con investigadores del Laboratorio de Fotónica y Mediciones Cuánticas (LPQM) de EPFL.

Como se informó en Naturaleza , los investigadores utilizaron microrresonadores de nitruro de silicio que pueden integrarse fácilmente en sistemas de comunicación compactos. Dentro de estos resonadores, los solitones circulan continuamente, generando así peines de frecuencia óptica de banda ancha. Tales peines de frecuencia, por la que John Hall y Theodor W. Hänsch fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 2005, consisten en una multitud de líneas espectrales, que están alineados en una cuadrícula equidistante regular. Tradicionalmente, Los peines de frecuencia sirven como referencias ópticas de alta precisión para la medición de frecuencias. Los llamados peines de frecuencia Kerr presentan grandes anchos de banda ópticos junto con espaciamientos de línea bastante grandes, y son especialmente adecuados para la transmisión de datos. Cada línea espectral individual se puede utilizar para transmitir un canal de datos independiente.

En sus experimentos, los investigadores de Karlsruhe y Lausanne utilizaron dos peines de frecuencia intercalados para transmitir datos en 179 portadoras ópticas individuales, que cubren completamente las bandas C y L de telecomunicaciones ópticas y permiten una transmisión de datos a una velocidad de 55 terabits por segundo en una distancia de 75 kilómetros. "Esto equivale a más de cinco mil millones de llamadas telefónicas o más de dos millones de canales de televisión de alta definición. Es la velocidad de datos más alta jamás alcanzada utilizando una fuente de peine de frecuencia en formato de chip, "explica Christian Koos, profesor en el IPQ e IMT de KIT y ganador de una Beca de Investigador Independiente Inicial del Consejo Europeo de Investigación (ERC) por su investigación sobre peines de frecuencia óptica.

Los componentes tienen el potencial de reducir drásticamente el consumo de energía de la fuente de luz en los sistemas de comunicación. La base del trabajo de los investigadores son los microrresonadores ópticos de nitruro de silicio de baja pérdida. En estos, El estado de solitón descrito fue generado por primera vez por el grupo de trabajo en torno al profesor Tobias Kippenberg en EPFL en 2014. Explicando las ventajas del enfoque, El profesor Kippenberg dice:"Nuestras fuentes de peine de solitones son ideales para la transmisión de datos y se pueden producir en grandes cantidades a bajo costo en microchips compactos". El solitón se forma a través de los llamados procesos ópticos no lineales que ocurren debido a la alta intensidad del campo de luz en el microrresonador. El microrresonador solo se bombea a través de un láser de onda continua desde el cual, por medio del solitón, Se generan cientos de nuevas líneas láser equidistantes. Las fuentes de peine están siendo aplicadas actualmente por una empresa derivada de EPFL.

El trabajo publicado en Naturaleza muestra que las fuentes de peine de frecuencia de solitón de microrresonador pueden aumentar considerablemente el rendimiento de las técnicas de multiplexación por división de longitud de onda (WDM) en las comunicaciones ópticas. WDM permite transmitir velocidades de datos ultra altas mediante el uso de una multitud de canales de datos independientes en una única guía de ondas óptica. Para tal fin, la información se codifica con luz láser de diferentes longitudes de onda. Para comunicaciones coherentes, Las fuentes de peine de frecuencia de solitón del microrresonador se pueden utilizar no solo en el transmisor, sino también en el lado del receptor de los sistemas WDM. Las fuentes de peine aumentan drásticamente la escalabilidad de los respectivos sistemas y permiten una transmisión de datos coherente y altamente paralela con la luz. Según Christian Koos, Este es un paso importante hacia transceptores a escala de chip altamente eficientes para futuras redes de petabit.