Ozadje raziskav in razvoja
V skladu s splošnim trendom razvoja informacijske družbe bo skupna količina informacij, ki jih ustvarijo ljudje in stroji, v naslednjih 15 letih še naprej eksponentno naraščala s stopnjo 50-60 % na leto. Ali lahko omrežje z optičnimi vlakni zagotovi komunikacijsko zmogljivost, potrebno za hitro rast prenosa množičnih informacij v prihodnosti, je temeljno vprašanje, povezano s trajnostjo razvoja informacijske tehnologije. Ključni izziv, s katerim se sooča, je, kako nenehno širiti pasovno širino optičnega kanala in razmerje med signalom in šumom, da bi izboljšali zmogljivost prenosa informacij, hkrati pa ne samo zmanjšali porabo energije na enoto zmogljivosti, temveč tudi dodatno zmanjšali skupno energijo. poraba kanala, s čimer se obrne splošni trend, da poraba energije narašča s količino informacij. Tehnologija fizične strojne opreme, ki jo predstavljajo optoelektronski čipi in naprave, je glavni preboj za reševanje zgornjih ključnih tehničnih izzivov in težav z vratom.
Povečanje simbolne hitrosti (baudne hitrosti) prenosa po optičnih vlaknih lahko močno zmanjša število čipov in naprav na oddajnem koncu komunikacije po optičnih vlaknih. Je pomembno sredstvo za povečanje hitrosti, zmanjšanje porabe energije in nadzor stroškov komunikacijskih omrežij z optičnimi vlakni. Trenutno komercialni koherentni optični prenosni sistem uporablja čip za digitalno obdelavo signalov (DSP) 7nm procesnega vozlišča, ki lahko podpira hitrost prenosa podatkov 800 Gbit/s z vrsto modulacijske kode 96 G baud simbolne hitrosti in 64QAM. Prenosni sistem naslednje generacije sprejme 5nm DSP, 130G baud simbolno hitrost, QPSK modulacijsko kodo in lahko podpira prenos na dolge razdalje s 400Gbit/s podatkovno hitrostjo 1500km. Ali lahko naslednji korak realizira koherenten optični komunikacijski sistem s simbolno hitrostjo, ki presega 200 G baud, je postalo središče industrije. Ključ je v tem, ali lahko optoelektronski čipi in mikroelektronski čipi prebijejo trenutno ozko grlo v zmogljivosti. Elektrooptični modulator s super veliko elektrooptično pasovno širino več kot 100 GHz in ultra nizko pogonsko napetostjo manj kot 1 V je ključni optoelektronski čip za doseganje tega cilja.
Glavne novosti
Januarja 2022 je Univerza Sun Yat sena v sodelovanju s Huaweijem objavila prvi na svetu čip modulatorja koherentne svetlobe s polarizacijskim multipleksiranjem, ki temelji na filmu iz litijevega niobata (M. Xu, et al. Še vedno je veliko izzivov za dvig hitrosti prenosa nad 200 Gbaud. Vse optoelektronske komponente v sistemu morajo imeti zadostno pasovno širino, amplituda električnega pogonskega signala pri visoki hitrosti prenosa pa je le 100 milivoltov, kar postavlja stroge zahteve za elektrooptične modulatorske čipe in testne instrumente.
Na podlagi zgornjega dela so Niobium Austria Optoelectronics, Univerza Sun Yat sen, Bell Laboratory (Francija), III-V Laboratory (Francija) in Zede Technology oblikovali skupno raziskovalno in razvojno skupino za nadaljnjo optimizacijo in oblikovanje optične zasnove in mikrovalovne pečice. zasnova elektro-optičnega modulatorja s filmom iz litijevega niobata, uporaba kremenčevega substrata za doseganje ultra nizke mikrovalovne izgube in uporaba kapacitivne elektrode s potujočim valom za doseganje sinhronega prenosa hitrosti mikrovalov in hitrosti svetlobnega valovanja na čipu, visoko zmogljiva koherentna svetloba z dvojno polarizacijo modulator z elektro-optično pasovno širino 3dB do 110 GHz in polvalovno napetostjo do 1 V je bil uspešno razvit, kot je prikazano na sliki 1. Da bi izvedli poskuse stabilnega prenosa, je Niobio Optoelectronics dokončal tudi sklopitev optičnih nizkih izgub niz vlaken in modulatorski čip ter realiziral embalažni modul, ki lahko prilagodljivo uredi RF vmesnike.
Tankoslojni IQ modulator litijevega niobata
Skupna ekipa je nadalje realizirala rekordno modulacijo DP-QPSK z ultra visoko hitrostjo prenosa 260G (kot je prikazano na sliki 2) in prikazala 100 km enomodalni prenos optičnih vlaken z uporabo najzmogljivejšega generatorja poljubne valovne oblike (AWG), Deutsch M8199B prototip s hitrostjo vzorčenja do 260Gsa/s in pasovno širino nad 75GHz. Poleg tega se uporablja modulacijski format visokega reda PCS-64QAM s hitrostjo 185 Gbaud za doseganje dosegljivega informacijskega razmerja (AIR) 1,84 Tb/s (kot je prikazano na sliki 3). Zaradi odlične zmogljivosti modulatorja litijevega niobata, kot sta velika pasovna širina in nizka pogonska napetost, uporaba nelinearnega algoritma DSP in izenačevalnika MLSE s kompleksnim algoritmom v poskusu prenosa ni potrebna, s čimer se znova ustvari zapis koherentnega optičnega prenosa z nižjo kompleksnostjo DSP in poraba energije.
To delo prikazuje trenutno najvišjo baudno hitrost komunikacije z optičnimi vlakni
