Extreme zeitliche Kompression von Licht innerhalb einer Glasfaser

Französischen Physikern haben eine Methode zur Verkürzung der Dauer von Lichtimpulspaketen, die sich in einer Glasfaser ausbreiten, entwickelt, die die bisherigen Kompressionsraten um mehrere Größenordnungen übertrifft. Diese Methode, die sich leicht an Standardgeräte zur Datenübertragung anpassen lässt, könnte eine deutliche Steigerung der Datenraten innerhalb von Glasfasernetzen ermöglichen.

Die ständig steigende Zahl der in Glasfasernetzen übertragenen Datenströme macht die Entwicklung neuer Lösungen erforderlich, mit denen die zeitliche Ausdehnung dieser Daten verändert (komprimiert oder gedehnt) werden kann. Um dieses Problem anzugehen, ist es Photonikforschern des Laboratoire interdisciplinaire Carnot im Burgund (ICB, CNRS/COMUE Université de Bourgogne Franche Comté) in Zusammenarbeit mit der Universität Auckland gelungen, Lichtwellen innerhalb einer Glasfaser um einen Faktor zwischen 4350 und 13.000 zu kontrahieren. Diese Werte der Zeitkompression sind die stärksten bisher nachgewiesenen Werte und übertreffen bisherige Errungenschaften um mehrere Größenordnungen. Dieser erste Nachweis wurde durch eine nichtlineare Wechselwirkung ermöglicht, die aus der Kollision zweier kontrapropagativer Laserstrahlen innerhalb einer Glasfaser resultiert. Dieses Phänomen war vor mehr als 25 Jahren theoretisch vorhergesagt worden, konnte aber noch nie beobachtet werden. Die Arbeit wurde in der Fachzeitschrift Nature Photonics veröffentlicht.

Diese neue Zeitkompressionsmethode würde es ermöglichen, die Datenübertragungsraten in Glasfasernetzen und Rechenzentren deutlich zu erhöhen oder die Messgenauigkeit in bildgebenden oder diagnostischen Anwendungen zu verbessern, während Standardgeräte mit mäßiger Bandbreite und geringen Kosten genutzt werden.

Die kurz- und mittelfristigen Perspektiven dieser Arbeit werden darin bestehen, dieses Gerät auf optischen Chips im Mikrometermaßstab zu miniaturisieren und die Grenzen des Kompressionsfaktors über 50.000 hinaus zu verschieben, insbesondere durch ein besonderes Design der Doppelbrechung der Fasern.

Abbildung: Das zu komprimierende Lichtsignal (grün, auf der linken Seite der Faser eingespeist) interagiert mit einem kontrapropagativen Leseimpuls (blau, auf der rechten Seite eingespeist). Am Kollisionspunkt wird dann eine ultrakurze Nachbildung (in Rot) des einfallenden Signals erzeugt, die sich orthogonal zum Leseimpuls ausbreitet. Urheber: Loïc Brunot.

Quelle: ICB, (CNRS/COMUE Université de Bourgogne Franche Comté)

Artikel: Extreme waveform compression with a nonlinear temporal focusing mirror, Nicolas Berti, Stéphane Coen, Miro Erkintalo & Julien Fatome, Nature photonics, erschienen am 22. September 2022.

DOI: 10.1038/s41566-022-01072-1