Un treno che trasporta merci ha uno spazio finito. La quantità di carico che può essere trasportata a bordo è limitata dalle dimensioni del carico e dalla capacità del treno. Analogamente, la quantità di tempo impiegata da un segnale ottico limita la quantità di dati che possono essere trasportati. Segnali temporaneamente più brevi consentono di comprimere più dati in una determinata durata di tempo, in un metodo chiamato multiplexing ottico a divisione di tempo. I ricercatori di fotonica sono recentemente riusciti a comprimere la luce nel tempo di un fattore 11. Il sistema di compressione temporale sviluppato consente un aumento equivalente del numero di bit trasmessi dalla luce in una rete in fibra ottica.

Sfruttando dualità analoghe nello spazio e nel tempo, lo stesso sistema consente inoltre di comprimere anche il contenuto in frequenza (o lunghezza d'onda) della luce. Per esempio, luce che ha il rosso, i colori giallo e blu verranno compressi spettralmente per possedere solo la luce gialla. La quantità di colore in un segnale ottico limita anche la quantità di dati che possono essere trasportati in una rete in fibra ottica quando viene utilizzata la multiplazione a divisione di lunghezza d'onda. Di conseguenza, questa capacità di spremere spettralmente la luce potrebbe consentire densità spettrali più elevate di luce che si propaga in un mezzo specifico.

I dettagli di questo lavoro sono apparsi in Luce:scienza e applicazioni il 18 giugno 2021, ed è stata una collaborazione tra ricercatori della Singapore University of Technology and Design (SUTD), A*STAR Institute of Microelectronics e Massachusetts Institute of Technology. Le dimensioni ultra ridotte del sistema di compressione offrono un ingombro inferiore di diversi ordini di grandezza rispetto a ingombranti, sistemi di compressione da banco utilizzati per generare brevi impulsi nell'elaborazione di segnali ottici ultraveloci.

L'elevata compressione ottenuta è stata resa possibile dal design a due stadi caratterizzato da un elemento dispersivo e da una componente fortemente non lineare, entrambi i quali sono stati integrati sullo stesso chip.

"Bilanciando i contributi delle fasi dispersive e non lineari, potremmo generare una forte compressione sia nel tempo che nella frequenza. La compressione temporale è una delle più forti dimostrate fino ad oggi su un chip. La compressione spettrale è anche la prima del suo genere dimostrata su un chip, " ha detto il dottor Ju Won Choi, il ricercatore che ha lavorato a questo progetto.

Fornire una forte compressione su un ingombro così ridotto del dispositivo potrebbe facilitare l'implementazione a basso costo degli impulsi brevi necessari nelle telecomunicazioni, Banca dati, produzione di precisione e imaging iperspettrale.

"Il dimostrato sistema integrato su chip in grado di eseguire un'elevata compressione sia temporale che spettrale consente flessibilità nella manipolazione degli impulsi ottici, una capacità importante in quanto il carico sulle comunicazioni ad alta velocità esistenti diventa più pronunciato. Il centro dati, le telecomunicazioni e le industrie del 5G richiederanno sempre più capacità, e approcci come questi che aiutano a spremere più luce in un dato mezzo aiuteranno in questa spinta verso reti di comunicazione ottica più veloci, ", ha affermato la professoressa associata Dawn Tan di SUTD, che è stata la principale ricercatrice di questo lavoro.