FoU-bakgrunn
Under den generelle trenden med utviklingen av informasjonssamfunnet, vil den totale informasjonsmengden generert av mennesker og maskiner fortsette å vokse eksponentielt med en hastighet på 50-60 % per år de neste 15 årene. Hvorvidt det optiske fibernettverket kan gi den kommunikasjonskapasiteten som kreves for den raske veksten av masseinformasjonsoverføring i fremtiden, er et grunnleggende spørsmål knyttet til bærekraften i utviklingen av informasjonsteknologi. Hovedutfordringen den står overfor er hvordan man kontinuerlig kan utvide den optiske kanalbåndbredden og signal-til-støy-forholdet for å forbedre informasjonsoverføringskapasiteten, samtidig ikke bare redusere energiforbruket per kapasitetsenhet, men også redusere den totale energien ytterligere. forbruket av kanalen, og snur dermed den generelle trenden at energiforbruket øker med informasjonsmengden. Den fysiske maskinvareteknologien representert av optoelektroniske brikker og enheter er hovedgjennombruddet for å løse de ovennevnte sentrale tekniske utfordringene og nakkeproblemer.
Å øke symbolhastigheten (baudhastigheten) for optisk fiberoverføring kan i stor grad redusere antall brikker og enheter ved overføringsenden av optisk fiberkommunikasjon. Det er et viktig middel for å øke hastigheten, redusere energiforbruket og kontrollere kostnadene til optiske fiberkommunikasjonsnettverk. For tiden vedtar det kommersielle koherente optiske overføringssystemet den digitale signalbehandlingsbrikken (DSP) til 7nm prosessnode, som kan støtte 800Gbit/s dataoverføringshastighet med modulasjonskodetypen 96G baud symbolrate og 64QAM. Neste generasjons overføringssystem tar i bruk 5nm DSP, 130G baud-symbolhastighet, QPSK-modulasjonskodetype, og kan støtte langdistanseoverføring med 400Gbit/s datahastighet på 1500km. Hvorvidt det neste trinnet kan realisere et sammenhengende optisk kommunikasjonssystem med symbolhastighet som overstiger 200G baud, har blitt fokus for bransjen. Nøkkelen ligger i om optoelektroniske brikker og mikroelektroniske brikker kan bryte gjennom den nåværende flaskehalsen. Den elektrooptiske modulatoren med en superstor elektrooptisk båndbredde på mer enn 100GHz og en ultralav drivspenning på mindre enn 1V er den optoelektroniske kjernebrikken for å nå dette målet.
Store innovasjoner
I januar 2022 publiserte Sun Yat sen University, i samarbeid med Huawei, verdens første polarisasjonsmultipleksende koherente lysmodulatorbrikke basert på litiumniobatfilm (M. Xu, et al. Det er fortsatt mange utfordringer med å heve baudhastigheten over 200Gbaud. Alle optoelektroniske komponenter i systemet må ha tilstrekkelig båndbredde, og amplituden til det elektriske drivsignalet ved høy baudrate er kun 100 millivolt, noe som stiller strenge krav til elektrooptiske modulatorbrikker og testinstrumenter.
På grunnlag av det ovennevnte arbeidet dannet Niobium Austria Optoelectronics, Sun Yat sen University, Bell Laboratory (Frankrike), III-V Laboratory (Frankrike) og Zede Technology et felles forsknings- og utviklingsteam for ytterligere å optimalisere og designe den optiske designen og mikrobølgeovnen design av litiumniobatfilm elektro-optisk modulator, bruk kvartssubstrat for å oppnå ultralavt mikrobølgetap, og bruk kapasitiv reisebølgeelektrode for å oppnå on-chip synkron overføring av mikrobølgehastighet og lysbølgehastighet, Et høyytelses koherent lys med dobbel polarisering modulator med 3dB elektro-optisk båndbredde opptil 110 GHz og halvbølgespenning så lav som 1 V er vellykket utviklet, som vist i figur 1. For å utføre stabile overføringseksperimenter fullførte Niobio Optoelectronics også koblingen av lavtapsoptikk fiberarray og modulatorbrikke, og realiserte pakkemodulen som fleksibelt kan arrangere RF-grensesnitt.
Lithium Niobate tynnfilm IQ-modulator
Det felles teamet realiserte videre den rekordslående DP-QPSK-modulasjonen på 260G ultrahøy overføringshastighet (som vist i figur 2) og demonstrerte 100 km enkeltmodus optisk fiberoverføring ved å bruke den høyeste ytelsen til vilkårlige bølgeformgeneratorer (AWG), Deutsch M8199B prototype, med en samplingshastighet på opptil 260Gsa/s og en båndbredde på over 75GHz. Videre brukes 185G baud PCS{10}}QAM høyordensmodulasjonsformatet for å oppnå 1,84 Tb/s oppnåelig informasjonsforhold (AIR) (som vist i figur 3). Den utmerkede ytelsen til litiumniobatfilmmodulator, slik som stor båndbredde og lav drivspenning, gjør det unødvendig å bruke ikke-lineær DSP-algoritme og MLSE-equalizer med kompleks algoritme i overføringseksperiment, og skaper dermed en oversikt over koherent optisk overføring igjen med lavere DSP-kompleksitet og strømforbruk.
Dette arbeidet viser den nåværende høyeste overføringshastigheten for optisk fiberkommunikasjon
