R&D фон
Відповідно до загальної тенденції розвитку інформаційного суспільства загальний обсяг інформації, створеної людьми та машинами, продовжуватиме експоненціально зростати зі швидкістю 50-60% на рік у наступні 15 років. Чи зможе волоконно-оптична мережа забезпечити комунікаційну здатність, необхідну для швидкого зростання масової передачі інформації в майбутньому, є фундаментальним питанням, пов’язаним із стійкістю розвитку інформаційних технологій. Основна проблема, з якою він стикається, полягає в тому, як постійно розширювати смугу пропускання оптичного каналу та співвідношення сигнал/шум, щоб покращити пропускну здатність передачі інформації, в той же час не лише зменшивши споживання енергії на одиницю потужності, але й додатково зменшивши загальну енергію. споживання каналу, таким чином змінюючи загальну тенденцію, що споживання енергії зростає зі збільшенням кількості інформації. Фізична апаратна технологія, представлена оптоелектронними мікросхемами та пристроями, є головним проривом у вирішенні вищезазначених ключових технічних проблем і проблем шиї.
Збільшення символьної швидкості (швидкості передачі даних) оптоволоконної передачі може значно зменшити кількість чіпів і пристроїв на передавальному кінці оптоволоконного зв’язку. Це важливий засіб для підвищення швидкості, зменшення споживання енергії та контролю витрат волоконно-оптичних мереж зв’язку. В даний час комерційна система когерентної оптичної передачі використовує чіп цифрової обробки сигналу (DSP) 7-нм технологічного вузла, який може підтримувати швидкість передачі даних 800 Гбіт/с із типом коду модуляції 96 Гбіт/с і 64 QAM. Система передачі наступного покоління використовує 5-нм DSP, швидкість передачі символів 130 Гбіт, тип коду модуляції QPSK і може підтримувати передачу на великі відстані зі швидкістю передачі даних 400 Гбіт/с на відстані 1500 км. Чи може наступний крок реалізувати когерентну оптичну систему зв’язку зі швидкістю передачі символів, що перевищує 200 Гбіт, стало центром уваги галузі. Ключ полягає в тому, чи зможуть оптоелектронні чіпи та мікроелектронні чіпи подолати нинішнє вузьке місце продуктивності. Електрооптичний модулятор із надвеликою електрооптичною смугою пропускання понад 100 ГГц і наднизькою напругою приводу менше 1 В є основним оптоелектронним чіпом для досягнення цієї мети.
Основні нововведення
У січні 2022 року Університет Сунь Ятсена у співпраці з Huawei опублікував перший у світі мікросхему поляризаційного мультиплексування когерентного модулятора світла на основі плівки ніобату літію (М. Сю та ін. Є ще багато проблем, щоб підвищити швидкість передачі вище 200 Гбод. Усі оптоелектронні компоненти в системі повинні мати достатню пропускну здатність, а амплітуда сигналу електроприводу при високій швидкості передачі даних становить лише 100 мілівольт, що висуває суворі вимоги до чіпів електрооптичних модуляторів і тестових приладів.
На основі вищезазначеної роботи Niobium Austria Optoelectronics, Університет Сунь Ятсена, Bell Laboratory (Франція), III-V Laboratory (Франція) і Zede Technology сформували спільну дослідницьку групу для подальшої оптимізації та розробки оптичної конструкції та мікрохвильової печі. дизайн плівкового електрооптичного модулятора з ніобату літію, використання кварцової підкладки для досягнення наднизьких мікрохвильових втрат та використання ємнісного електрода біжучої хвилі для досягнення на кристалі синхронної передачі частоти мікрохвиль та швидкості світлової хвилі, високоефективне когерентне світло з подвійною поляризацією був успішно розроблений модулятор із електрооптичною смугою пропускання 3 дБ до 110 ГГц і напругою напівхвилі до 1 В, як показано на малюнку 1. Щоб провести експерименти зі стабільною передачею, Niobio Optoelectronics також завершила з’єднання оптичних сигналів із малими втратами. оптоволоконний масив і чіп модулятора, а також реалізований модуль упаковки, який може гнучко розташовувати радіочастотні інтерфейси.
Тонкоплівковий модулятор IQ з ніобату літію
Спільна команда також реалізувала рекордну надвисоку швидкість передачі даних 260G модуляцію DP-QPSK (як показано на малюнку 2) і продемонструвала 100-кілометрову передачу одномодового оптичного волокна за допомогою найпродуктивнішого генератора сигналів довільної форми (AWG), Deutsch M8199B прототип із частотою дискретизації до 260 Гса/с і смугою пропускання понад 75 ГГц. Крім того, формат модуляції високого порядку PCS-64QAM 185 Гбіт/с використовується для досягнення досяжного співвідношення інформації (AIR) 1,84 Тбіт/с (як показано на малюнку 3). Чудова продуктивність плівкового модулятора з ніобату літію, така як широка смуга пропускання та низька напруга приводу, робить непотрібним використання нелінійного алгоритму DSP та еквалайзера MLSE зі складним алгоритмом в експерименті з передачею, таким чином створюючи запис когерентної оптичної передачі знову з меншою складністю DSP та споживання енергії.
Ця робота демонструє поточну найвищу швидкість передачі даних по оптоволокну
