Unieke versterker kan optische communicatie veranderen

Onderzoekers van de Chalmers University of Technology hebben een optische versterker ontwikkeld die naar verwachting een revolutie teweeg zal brengen in zowel de ruimte- als de glasvezelcommunicatie. De nieuwe versterker biedt hoge prestaties, is compact genoeg om te worden geïntegreerd in een chip van slechts millimeters groot en, cruciaal, genereert geen overmatige ruis.

Optische communicatie maakt het mogelijk om informatie over zeer lange afstanden te verzenden. De technologie is bruikbaar in tal van toepassingen, zoals ruimtecommunicatie en in glasvezelkabels voor internetverkeer.

Met communicatie op basis van licht, in plaats van radiogolven, zouden we bijvoorbeeld snel hoge resolutiebeelden van Mars kunnen sturen. De informatie, gedragen door laserstralen, zou met hoge snelheid kunnen worden verzonden van een zender op de planeet naar een ontvanger op aarde of op de maan. Dankzij optische communicatie kunnen we ook overal ter wereld internet gebruiken, of het signaal nu via glasvezelkabels onder de zeebodem wordt overgedragen of draadloos wordt verzonden.

Omdat het licht - dat de informatie tussen twee ver verwijderde punten draagt ​​- onderweg aan kracht verliest, is een groot aantal optische versterkers nodig. Zonder versterkers zou tot 99 procent van het signaal in een glasvezelkabel binnen 100 kilometer verdwijnen.

Een bekend probleem bij optische communicatie is echter dat deze versterkers overmatige ruis toevoegen die de kwaliteit van het signaal dat u wilt verzenden of ontvangen aanzienlijk verslechtert. De lichtversterking in het Chalmers-project is gebaseerd op een principe dat bekend staat als het Kerr-effect, wat tot nu toe de enige bekende benadering is die licht versterkt zonder significante overmatige ruis te veroorzaken. Het principe is al eerder gedemonstreerd, maar nog nooit in zo'n compact formaat - eerdere versies waren te omvangrijk om bruikbaar te zijn. De nieuwe versterker past in een kleine chip van slechts enkele millimeters groot, vergeleken met eerdere versterkers die duizenden keren groter waren.

Bovendien bieden de nieuwe versterkers een prestatieniveau dat hoog genoeg is om spaarzamer te kunnen worden geplaatst, waardoor ze een meer kosteneffectieve optie zijn. Ze werken ook in een continue golf (CW) operatie in plaats van alleen een pulserende werking.

“Wat we hier demonstreren, vertegenwoordigt de eerste CW-operatie met een extreem lage ruis in een compacte geïntegreerde chip. Dit biedt een realistische mogelijkheid voor praktisch gebruik in een verscheidenheid aan toepassingen. Omdat het mogelijk is om de versterker in zeer kleine modules te integreren, kun je goedkopere oplossingen krijgen met veel betere prestaties, wat dit op de lange termijn zeer interessant maakt voor commerciële spelers”, zegt professor Peter Andrekson. "Het kan veel praktische toepassingen hebben, niet alleen in communicatie, maar ook in gebieden zoals kwantumcomputers, verschillende sensorsystemen en in metrologie bij het maken van atmosferische metingen van satellieten voor aardbewaking."