科学家首次在硅片上操纵光波或光子信息 保持其整体形状

导读海啸在海洋中长距离保持其波浪形状，保持其力量和远离其来源的信息。在通信科学中，将信息保留在跨越大陆的光纤中至关重要。理想地，这需要

海啸在海洋中长距离保持其波浪形状，保持其力量和远离其来源的“信息”。

在通信科学中，将信息保留在跨越大陆的光纤中至关重要。理想地，这需要在光纤的源极和接收端处操纵硅芯片中的光而不改变光子信息包的波形。到目前为止，这样做一直困扰着科学家。

悉尼大学纳米研究所与新加坡科技与设计大学之间的合作首次在硅片上操纵光波或光子信息，保持其整体“形状”。

这种波 - 无论是海啸还是光子信息包 - 被称为“孤子”。悉尼 - 新加坡团队首次在悉尼使用最先进的光学表征工具在新加坡制造的超富硅氮化物(USRN)器件上观察到“孤子”动力学。

今天发表在激光与光子学评论中的这项基础工作很重要，因为大多数通信基础设施仍然依赖于基于硅的设备来传播和接收信息。在芯片上操纵孤子可能有助于提高光子通信设备和基础设施的速度。

SUTD的博士生Ezgi Sahin在悉尼大学与Andrea Blanco Redondo博士进行了实验。

“对于片上光信号处理，复杂孤子动力学的观察为脉冲压缩以外的广泛应用铺平了道路，”Sahin女士说。“我很高兴能够成为这两个机构之间良好合作关系的一部分，并在理论，设备制造和测量方面进行深入合作。”

该研究的共同作者和悉尼纳米公司董事Ben Eggleton教授说：“这代表了孤子物理学领域的重大突破，具有重要的技术基础。

“这种性质的孤子 - 所谓的布拉格孤子 - 大约20年前首次在光纤中观察到，但由于芯片所基于的标准硅材料限制了传播，因此没有在芯片上报告过。这个演示，基于略微修改的硅片版本，避免了这些限制，开辟了一个全新的范例，用于操纵芯片上的光。“

SUTD论文的共同作者Dawn Tan教授说：“由于我们使用了独特的布拉格光栅设计和超富硅氮化物材料平台(USRN)，我们能够令人信服地展示布拉格孤子的形成和裂变。这个平台可以防止信息丢失，这些信息已经破坏了之前的示威活动。“

孤子是在不改变形状的情况下传播的脉冲，可以在碰撞和相互作用中存活。它们首先在150年前的苏格兰运河中被观察到，并且在海啸波的背景下很熟悉，海啸波在不改变形状的情况下传播数千公里。

自20世纪80年代以来，光孤子波已经在光纤中进行了研究，并为光通信系统提供了巨大的希望，因为它们允许数据长距离发送而不会失真。布拉格孤子从布拉格光栅(蚀刻到硅衬底中的周期性结构)中获得它们的特性，可以在芯片技术的规模上进行研究，在这些技术中可以利用它们进行高级信号处理。

在澳大利亚出生的劳伦斯布拉格和他的父亲威廉亨利布拉格之后，他们被称为布拉格孤子，他于1913年首次讨论了布拉格反思的概念，并继续获得诺贝尔物理学奖。他们是唯一获得诺贝尔奖的父子俩。

布拉格孤子首次于1996年在光纤中的布拉格光栅中观察到。Eggleton教授正在贝尔实验室攻读博士学位时证明了这一点。

布拉格光栅器件的基于硅的特性也确保了与互补金属氧化物半导体(CMOS)处理的兼容性。可靠地启动孤子压缩和裂变的能力允许以比先前所需更长的脉冲产生超快现象。芯片级小型化还提高了光信号处理在需要紧凑性的应用中的速度。