Pozadie výskumu a vývoja
Podľa všeobecného trendu rozvoja informačnej spoločnosti bude celkové množstvo informácií generovaných ľuďmi a strojmi v nasledujúcich 15 rokoch naďalej exponenciálne rásť rýchlosťou 50-60 % ročne. Či môže sieť z optických vlákien poskytnúť komunikačnú kapacitu potrebnú na rýchly rast masového prenosu informácií v budúcnosti, je základnou otázkou súvisiacou s udržateľnosťou rozvoja informačných technológií. Kľúčovou výzvou, ktorej čelí, je, ako neustále rozširovať šírku pásma optického kanála a pomer signálu k šumu, aby sa zlepšila kapacita prenosu informácií a súčasne sa nielen znížila spotreba energie na jednotku kapacity, ale tiež sa znížila celková energia. spotreba kanála, čím sa zvráti celkový trend, že spotreba energie rastie s množstvom informácií. Fyzická hardvérová technológia reprezentovaná optoelektronickými čipmi a zariadeniami je hlavným prelomom na riešenie vyššie uvedených kľúčových technických problémov a problémov s krkom.
Zvýšenie symbolovej rýchlosti (prenosovej rýchlosti) prenosu optických vlákien môže výrazne znížiť počet čipov a zariadení na vysielacom konci komunikácie s optickými vláknami. Je to dôležitý prostriedok na zvýšenie rýchlosti, zníženie spotreby energie a kontrolu nákladov komunikačných sietí s optickými vláknami. V súčasnosti komerčný koherentný optický prenosový systém využíva čip na spracovanie digitálneho signálu (DSP) 7nm procesného uzla, ktorý môže podporovať rýchlosť prenosu dát 800 Gbit/s s typom modulačného kódu 96G baud symbolovej rýchlosti a 64QAM. Prenosový systém novej generácie využíva 5nm DSP, prenosovú rýchlosť 130G, typ modulačného kódu QPSK a môže podporovať prenos na veľké vzdialenosti s rýchlosťou prenosu dát 400 Gbit/s až 1500 km. To, či ďalší krok dokáže realizovať koherentný optický komunikačný systém so symbolovou rýchlosťou presahujúcou 200 G baudov, sa stalo stredobodom záujmu odvetvia. Kľúč spočíva v tom, či optoelektronické čipy a mikroelektronické čipy dokážu prelomiť súčasnú prekážku výkonu. Elektrooptický modulátor so super veľkou elektrooptickou šírkou pásma viac ako 100 GHz a ultranízkym napätím pohonu menším ako 1 V je kľúčovým optoelektronickým čipom na dosiahnutie tohto cieľa.
Hlavné inovácie
V januári 2022 Univerzita Sun Yat sen v spolupráci s Huawei zverejnila prvý polarizačný multiplexný koherentný modulátor svetla na svete založený na filme z niobátu lítneho (M. Xu a kol. Stále existuje veľa výziev na zvýšenie prenosovej rýchlosti nad 200 Gbaudov. Všetky optoelektronické komponenty v systéme musia mať dostatočnú šírku pásma a amplitúda signálu elektrického pohonu pri vysokej prenosovej rýchlosti je iba 100 milivoltov, čo kladie prísne požiadavky na čipy elektrooptických modulátorov a testovacie prístroje.
Na základe vyššie uvedenej práce Niobium Austria Optoelectronics, Sun Yat sen University, Bell Laboratory (Francúzsko), III-V Laboratory (Francúzsko) a Zede Technology vytvorili spoločný výskumný a vývojový tím na ďalšiu optimalizáciu a navrhovanie optického dizajnu a mikrovlnnej rúry. dizajn elektrooptického modulátora s lítium niobátovým filmom, použite kremenný substrát na dosiahnutie ultra nízkych mikrovlnných strát a použite kapacitnú elektródu s postupujúcou vlnou na dosiahnutie synchrónneho prenosu mikrovlnnej rýchlosti a rýchlosti svetelných vĺn na čipe, vysokovýkonné koherentné svetlo s dvojitou polarizáciou Modulátor s 3dB elektro-optickou šírkou pásma až do 110 GHz a polovičným napätím až 1 V bol úspešne vyvinutý, ako je znázornené na obrázku 1. Aby bolo možné uskutočniť experimenty so stabilným prenosom, Niobio Optoelectronics tiež dokončila spojenie nízkostratového optického vláknové pole a modulátorový čip a realizovali baliaci modul, ktorý dokáže flexibilne usporiadať RF rozhrania.
Lithium Niobate Thin Film IQ Modulator
Spoločný tím ďalej realizoval rekordnú moduláciu DP-QPSK s ultra vysokou prenosovou rýchlosťou 260G (ako je znázornené na obrázku 2) a demonštroval 100 km jednorežimový prenos optických vlákien pomocou najvýkonnejšieho generátora ľubovoľného tvaru vlny (AWG), Deutsch M8199B. prototyp so vzorkovacou rýchlosťou až 260 Gsa/s a šírkou pásma nad 75 GHz. Okrem toho sa na dosiahnutie 1,84 Tb/s dosiahnuteľného informačného pomeru (AIR) používa 185G baud PCS{10}}QAM (ako je znázornené na obrázku 3). Vynikajúci výkon lítium niobátového filmového modulátora, ako je veľká šírka pásma a nízke napätie pohonu, spôsobuje, že pri experimente s prenosom nie je potrebné používať nelineárny algoritmus DSP a ekvalizér MLSE so zložitým algoritmom, čím sa vytvára záznam koherentného optického prenosu opäť s nižšou zložitosťou DSP a spotreba energie.
Táto práca demonštruje súčasnú najvyššiu prenosovú rýchlosť optických vlákien
