光物理学：超並列コヒーレント光通信のための微小共振器に基づくソリトン
Nature 546, 7657 doi: 10.1038/nature22387
ソリトンは、分散性と非線形性が釣り合った結果、伝搬中にその形状が維持される波形である。ソリトンに基づくデータ伝送方式は1980年代に検討され、光ファイバーの分散によって課せられる制限を克服する方法として有望であることが示された。しかしその後、実装がより容易で、より速いデータ転送速度へのスケーラビリティーを向上できる波長分割多重方式が選択され、ソリトンに基づく方法は採用されなくなった。今回我々は、ソリトンには、波長分割多重方式の競合技術としてではなく、超並列波長分割多重方式の重要な要素として光通信分野で復活する可能性があることを示す。我々は、ソリトンパルス列自体にデータをエンコードする代わりに、ソリトン周波数コムの連続波トーンを通信キャリアとして用いた。カー非線形性を介する4光子相互作用によって、散逸的なカーソリトン（パラメトリック利得と共振器損失の釣り合いにも依存するソリトン）が、集積された窒化シリコン微小共振器内に連続的に循環するパルスとして生成され、低雑音でスペクトルが滑らかな広帯域光周波数コムが得られた。我々は、インターリーブされた2つの散逸的カーソリトン周波数コムを使って、光通信のCバンドとLバンドの全域（赤外通信波長の1.55 μmを中心とする）にわたる179の個別光キャリアで毎秒50テラビットを超えるデータストリームを伝送した。さらに我々は、1対の散逸的カーソリトン周波数コムを、1つを送信機の多波長光源として、もう1つを受信機の対応する局部発振器として使って、波長分割多重化データストリームのコヒーレント検出も実証した。この方法は、送信機と受信機の両方で、微小共振器ベースの散逸的カーソリトン周波数コム光源の超並列光通信へのスケーラビリティーを利用している。今回の結果は、こうした光源が、高速通信に現在用いられている連続波レーザーアレイに取って代わる可能性を示している。散逸的カーソリトン周波数コムを、先進的な空間多重化方式および高度に集積したシリコンフォトニック回路と組み合わせると、チップスケールで毎秒ペタビット級のトランシーバーを実現できる可能性がある。
