海嘯在海洋的很長一段距離內都保持著波形，在遠離源頭的地方保留著它的能量和“信息”。在通信科學中，將信息保存在跨越大陸的光纖中至關重要。理想情況下，這需要在不改變光子信息包波形的前提下，在光纖的源和接收端對硅芯片中的光進行操作。迄今為止，科學家們一直未能做到這一點。悉尼大學和新加坡科技大學合作，首次在一個保持整體“形狀”的硅芯片上操控光波和光子信息。
這種波（無論是海嘯還是光子信息包）被稱為“孤子”。悉尼-新加坡研究小組首次在新加坡製造的一種超富硅氮化物(USRN)裝置上觀測到“孤子”動力學，該裝置使用了悉尼納米公司(Sydney Nano)最先進的光學表徵工具。這項基礎研究成果發表在《激光與光子學評論》上，數通信基礎設施依賴於硅基設備。
通過控制芯片上的孤子，有可能加快光子通信設備和基礎設施的速度。SUTD的博士生Ezgi Sahin和悉尼大學的Andrea Blanco Redondo博士一起進行了這項實驗。複雜孤子動力學的觀察為芯片內光學信號處理的廣泛應用鋪平了道路，超越了脈衝壓縮，研究人員很高興成為這兩個機構之間偉大合作關係的一部分，在理論、設備製造和測量領域進行深入合作。
該研究的合著者、悉尼納米大學的主任本·埃格爾頓教授說：這是孤子物理領域的一個重大突破，具有重要的基礎技術意義。這種性質的孤子，即所謂的布拉格孤子，大約20年前在光纖中首次被觀測到。但還沒有在芯片上被報道過，因為芯片所基於的標準硅材料限制了其傳播。
這一演示基於一種經過輕微修改的硅材料，它避免了這些限制，為操縱芯片上的光開闢了一個全新範例。該研究論文的作者之一，唐恩·譚教授說：我們能夠令人信服地證明布拉格孤子的形成和裂變，是因為獨特的布拉格光柵設計和我們使用的超富硅氮化物材料平臺(USRN)。這個平臺防止了信息的丟失，而這些信息損害了之前的演示。
孤子是一種不改變形狀的脈衝，可以在碰撞和相互作用中存活下來。150年前，人們首次在蘇格蘭的一條運河中發現了它們，在海嘯波的背景下也很熟悉它們，海嘯波會傳播數千公里，但不會改變形狀。自20世紀80年代以來，光孤子波在光纖領域得到了廣泛的研究，併為光通信系統提供了廣闊的前景，因為它們允許數據在不失真的情況下長距離傳輸。
布拉格孤子的性質來自於布拉格光柵(蝕刻在硅襯底上的週期性結構)，可以在芯片技術的規模上進行研究，利用它們進行高級信號處理。被稱為布拉格孤子，以澳大利亞出生的勞倫斯·布拉格和父親威廉·亨利·布拉格命名。
威廉·亨利·布拉格於1913年首次討論了布拉格反射的概念，後來獲得了諾貝爾物理學獎，他們是唯一一對獲得諾貝爾獎的父子。1996年在光纖布拉格光柵中首次發現了布拉格孤子，埃格頓教授在貝爾實驗室攻讀博士學位時就證明了這一點。芯片規模的小型化也提高了光學信號處理的速度。
博科園｜研究/來自：悉尼大學
參考期刊《激光與光子學評論》
DOI: 10.1002/lpor.201900114
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