Un tsunami mantiene su forma de onda en distancias muy largas a través del océano, reteniendo su poder e "información" lejos de su fuente.

En ciencias de la comunicación, retener información en una fibra óptica que se extiende por continentes es vital. Idealmente, esto requiere la manipulación de la luz en chips de silicio en el extremo de la fuente y la recepción de la fibra sin alterar la forma de onda del paquete fotónico de información. Hacerlo ha eludido a los científicos hasta ahora.

Una colaboración entre el Instituto Nano de la Universidad de Sydney y la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur ha manipulado por primera vez una onda de luz, o información fotónica, en un chip de silicio que conserva su "forma" general.

Estas ondas, ya sea un tsunami o un paquete fotónico de información, se conocen como "solitones". El equipo de Sydney-Singapur ha observado por primera vez la dinámica del 'solitón' en un dispositivo de nitruro ultra rico en silicio (USRN) fabricado en Singapur utilizando herramientas de caracterización óptica de última generación en Sydney Nano.

Este trabajo fundamental, publicado hoy en Reseñas de láser y fotónica , es importante porque la mayor parte de la infraestructura de comunicaciones todavía se basa en dispositivos basados ​​en silicio para la propagación y recepción de información. La manipulación de solitones en el chip podría permitir la aceleración de la infraestructura y los dispositivos de comunicaciones fotónicas.

Ezgi Sahin, un doctorado estudiante de SUTD realizó los experimentos con la Dra. Andrea Blanco Redondo en la Universidad de Sydney.

"La observación de la dinámica compleja de solitones abre el camino a una amplia gama de aplicaciones, más allá de la compresión del pulso, para el procesamiento de señales ópticas en chip, ", Dijo la Sra. Sahin." Estoy feliz de ser parte de esta gran asociación entre las dos instituciones con una profunda colaboración a través de la teoría, fabricación y medición de dispositivos ".

Coautor del estudio y director de Sydney Nano, Profesor Ben Eggleton, dijo:"Esto representa un gran avance para el campo de la física de solitones y es de fundamental importancia tecnológica.

"Los solitones de esta naturaleza, los llamados solitones de Bragg, se observaron por primera vez hace unos 20 años en fibras ópticas, pero no se han reportado en un chip porque el material de silicio estándar en el que se basan los chips restringe la propagación. Esta demostración, que se basa en una versión de silicio ligeramente modificada que evita estas limitaciones, abre el campo para un paradigma completamente nuevo para manipular la luz en un chip ".

Profesora Dawn Tan, coautor del artículo en SUTD, dijo:"Pudimos demostrar de manera convincente la formación de solitones y la fisión de Bragg debido al diseño único de rejilla de Bragg y la plataforma de material de nitruro ultra rico en silicio (USRN) que usamos. Esta plataforma evita la pérdida de información que ha comprometido demostraciones anteriores".

Los solitones son pulsos que se propagan sin cambiar de forma y pueden sobrevivir a colisiones e interacciones. Fueron observados por primera vez en un canal escocés hace 150 años y son familiares en el contexto de las olas del tsunami. que se propagan miles de kilómetros sin cambiar de forma.

Las ondas ópticas de solitón se han estudiado desde la década de 1980 en fibras ópticas y ofrecen una enorme promesa para los sistemas de comunicación óptica porque permiten que los datos se envíen a largas distancias sin distorsión. Solitones de Bragg, que derivan sus propiedades de las rejillas de Bragg (estructuras periódicas grabadas en el sustrato de silicio), se pueden estudiar a la escala de la tecnología de chips donde se pueden aprovechar para el procesamiento avanzado de señales.

Se llaman solitones de Bragg en honor al nacido en Australia Lawrence Bragg y su padre William Henry Bragg. quien discutió por primera vez el concepto de la reflexión de Bragg en 1913 y ganó el Premio Nobel de Física. Son la única pareja de padre e hijo que ha ganado premios Nobel.

Los solitones de Bragg se observaron por primera vez en 1996 en rejillas de Bragg en fibras ópticas. Esto fue demostrado por el profesor Eggleton mientras trabajaba en su doctorado. en Bell Labs.

La naturaleza basada en silicio del dispositivo de rejilla de Bragg también garantiza la compatibilidad con el procesamiento de semiconductores de óxido metálico complementario (CMOS). La capacidad de iniciar de manera confiable la compresión y fisión de solitones permite que se generen fenómenos ultrarrápidos con pulsos más largos de lo que se requería anteriormente. La miniaturización a escala de chip también aumenta la velocidad de los procesos de señales ópticas en aplicaciones que requieren compacidad.