波鸿鲁尔大学(Ruhr-UniversitätBochum)的工程师开发了一种通过光纤电缆快速传输数据的新概念。在当前系统中，激光通过电缆传输光信号，并且信息在光强度的调制中被编码。新系统是一种半导体自旋激光器，它基于光偏振的调制。发表于2019年4月3日的“自然”杂志该研究表明，自旋激光器的工作能力至少是传统系统的五倍，同时仅消耗一小部分能量。与其他基于自旋的半导体系统不同，该技术可能在室温下工作，不需要任何外部磁场。Photonics和Terahertz Technology主席的Bochum团队与乌尔姆大学和布法罗大学的同事合作实施了该系统。

快速数据传输目前是一个能量消耗大户

由于物理限制，基于光强度调制而不使用复杂调制格式的数据传输只能达到大约40到50千兆赫的频率。为了达到这个速度，需要高电流。“这有点像保时捷，如果汽车快速行驶，油耗会急剧增加，”波鸿工程师之一Martin Hofmann教授对比。“除非我们尽快升级这项技术，否则数据传输和互联网消耗的能量将超过我们目前在地球上生产的能源。”因此，Martin Hofmann与Nils Gerhardt博士和博士生Markus Lindemann一起研究替代技术。

圆偏振光作为信息载体

由乌尔姆大学提供的，激光器只有几微米大小，被研究人员用来产生一种光波，其振荡方向以特定方式周期性地变化。结果是当两个线性垂直偏振光波重叠时形成的圆偏振光。

在线性极化中，描述光波电场的矢量在固定平面中振荡。在圆极化中，矢量围绕传播方向旋转。技巧：当两个线性偏振光波具有不同的频率时，该过程导致振荡的圆偏振，其中振荡方向周期性地反转 - 在用户定义的频率超过200千兆赫。

速度限制尚未确定

霍夫曼说：“我们已经通过实验证明，在200千兆赫兹的振荡是可能的。”“但我们不知道它会变得多快，因为我们还没有找到理论上的限制。”

振荡本身并不传输任何信息;为此目的，必须调制偏振，例如通过消除单个峰值。霍夫曼，格哈德和林德曼在实验中证实，原则上可以做到这一点。与Igor教授团队合作?来自布法罗大学的博士生Gaofeng Xu，他们使用数值模拟来证明理论上可以调制极化，从而调制频率超过200千兆赫的数据。

产生调制的圆极化

为了产生调制的圆偏振度，两个因素是决定性的：激光器必须以同时发射两个垂直线性偏振光波的方式操作，其重叠导致圆偏振。而且，两个发射光波的频率必须足够不同以促进高速振荡。

激光在半导体晶体中产生，其注入电子和电子空穴。当它们相遇时，会释放出轻微的颗粒。为了确保正确的光偏振，旋转 - 注入电子的内在形式的角动量 - 是必不可少的。只有当电子自旋以某种方式排列时，发射的光才具有所需的偏振 - 这对研究人员来说是一个挑战，因为自旋对准变化很快。这就是为什么研究人员必须尽可能地将电子注入到发射光粒子的激光内的点上。霍夫曼的团队已经申请了一项专利，他们的想法是如何使用铁磁材料实现这一目标。

通过双折射的频率差异

使用由Rainer Michalzik教授领导的乌尔姆小组提供的技术产生振荡所需的两个发射光波的频率差异。用于此目的的半导体晶体是双折射的。因此，由晶体发射的两个垂直偏振光波中的折射率略微不同。结果，波具有不同的频率。通过弯曲半导体晶体，研究人员能够调整折射率之间的差异，从而调整频率差异。这种差异决定了振荡速度，最终可能成为加速数据传输的基础。

“系统尚未准备好应用，”Martin Hofmann总结道。“这项技术仍有待优化。通过展示自旋激光器的潜力，我们希望开辟一个新的研究领域。”