Pozadina istraživanja i razvoja
Pod općim trendom razvoja informacijskog društva, ukupna količina informacija koju generiraju ljudi i strojevi nastavit će eksponencijalno rasti po stopi od 50-60% godišnje u sljedećih 15 godina. Može li mreža optičkih vlakana osigurati komunikacijski kapacitet potreban za brzi rast masovnog prijenosa informacija u budućnosti temeljno je pitanje vezano uz održivost razvoja informacijske tehnologije. Ključni izazov s kojim se suočava je kako kontinuirano proširivati propusnost optičkog kanala i omjer signala i šuma kako bi se poboljšao kapacitet prijenosa informacija, u isto vrijeme, ne samo smanjiti potrošnju energije po jedinici kapaciteta, već i dodatno smanjiti ukupnu energiju potrošnja kanala, čime se preokreće opći trend da se potrošnja energije povećava s količinom informacija. Fizička hardverska tehnologija predstavljena optoelektroničkim čipovima i uređajima glavni je napredak u rješavanju gore navedenih ključnih tehničkih izazova i problema s vratom.
Povećanje brzine prijenosa simbola (brzine prijenosa) prijenosa optičkim vlaknima može uvelike smanjiti broj čipova i uređaja na kraju prijenosa komunikacije optičkim vlaknima. To je važno sredstvo za povećanje brzine, smanjenje potrošnje energije i kontrolu troškova komunikacijskih mreža s optičkim vlaknima. Trenutačno, komercijalni koherentni optički prijenosni sustav usvaja čip za digitalnu obradu signala (DSP) 7nm procesnog čvora, koji može podržati brzinu prijenosa podataka od 800 Gbit/s s tipom modulacijskog koda od 96 G bauda i 64 QAM. Sustav prijenosa sljedeće generacije usvaja 5nm DSP, brzinu simbola od 130G u baudu, QPSK tip modulacijskog koda i može podržati prijenos na velike udaljenosti s brzinom prijenosa podataka od 400Gbit/s od 1500km. Hoće li sljedeći korak moći realizirati koherentni optički komunikacijski sustav s brzinom simbola većom od 200 G bauda postalo je fokus industrije. Ključ leži u tome mogu li se optoelektronički čipovi i mikroelektronički čipovi probiti kroz trenutno usko grlo performansi. Elektrooptički modulator sa super velikom elektrooptičkom širinom pojasa od više od 100 GHz i ultra niskim pogonskim naponom manjim od 1 V ključni je optoelektronički čip za postizanje ovog cilja.
Glavne inovacije
U siječnju 2022. Sveučilište Sun Yat sen, u suradnji s Huaweijem, objavilo je prvi čip modulatora koherentnog svjetla s polarizacijskim multipleksiranjem temeljen na filmu litij niobata (M. Xu, et al. Još uvijek postoje mnogi izazovi za podizanje brzine prijenosa podataka iznad 200 Gbauda. Sve optoelektroničke komponente u sustavu moraju imati dovoljnu širinu pojasa, a amplituda električnog pogonskog signala pri visokoj brzini prijenosa je samo 100 milivolti, što postavlja stroge zahtjeve za elektrooptičke modulatorske čipove i ispitne instrumente.
Na temelju gore navedenog rada, Niobium Austria Optoelectronics, Sveučilište Sun Yat sen, Bell Laboratory (Francuska), III-V Laboratory (Francuska) i Zede Technology formirali su zajednički istraživački i razvojni tim za daljnju optimizaciju i dizajn optičkog dizajna i mikrovalne pećnice dizajn elektro-optičkog modulatora s filmom od litij-niobata, korištenje kvarcnog supstrata za postizanje ultra-niskih mikrovalnih gubitaka i korištenje kapacitivne elektrode putujućeg vala za postizanje sinkronog prijenosa brzine mikrovalova i brzine svjetlosnog vala na čipu, dvostruka polarizacijska koherentna svjetlost visokih performansi modulator s elektro-optičkim pojasom od 3dB do 110 GHz i poluvalnim naponom od samo 1 V uspješno je razvijen, kao što je prikazano na slici 1. Kako bi proveo pokuse stabilnog prijenosa, Niobio Optoelectronics također je dovršio spajanje optičkih niskih gubitaka niz vlakana i modulatorski čip, te realizirali modul za pakiranje koji može fleksibilno organizirati RF sučelja.
Tankoslojni IQ modulator litij niobata
Zajednički tim nadalje je realizirao 260G ultra-visoku baud rate DP-QPSK modulaciju (kao što je prikazano na slici 2) i demonstrirao 100km single-mode optičkog prijenosa pomoću generatora proizvoljnog valnog oblika (AWG) najvišeg učinka, Deutsch M8199B prototip, s brzinom uzorkovanja do 260Gsa/s i propusnošću od preko 75GHz. Nadalje, 185G baud PCS-64QAM format modulacije visokog reda koristi se za postizanje 1,84 Tb/s dostižnog informacijskog omjera (AIR) (kao što je prikazano na slici 3). Izvrsna izvedba modulatora filma litij niobata, poput velike propusnosti i niskog pogonskog napona, čini nepotrebnim korištenje nelinearnog DSP algoritma i MLSE ekvilajzera sa složenim algoritmom u eksperimentu prijenosa, čime se ponovno stvara zapis koherentnog optičkog prijenosa s nižom DSP složenošću i Potrošnja energije.
Ovaj rad pokazuje trenutnu najveću brzinu prijenosa podataka optičkim vlaknima
