Experiencia en I+D
Según la tendencia general del desarrollo de la sociedad de la información, la cantidad total de información generada por humanos y máquinas seguirá creciendo exponencialmente a un ritmo del 50-60% anual en los próximos 15 años. Si la red de fibra óptica puede proporcionar la capacidad de comunicación necesaria para el rápido crecimiento de la transmisión masiva de información en el futuro es una cuestión fundamental relacionada con la sostenibilidad del desarrollo de la tecnología de la información. El desafío clave que enfrenta es cómo expandir continuamente el ancho de banda del canal óptico y la relación señal-ruido para mejorar la capacidad de transmisión de información y, al mismo tiempo, no solo reducir el consumo de energía por unidad de capacidad, sino también reducir aún más la energía total. consumo del canal, invirtiendo así la tendencia general de que el consumo energético aumenta con la cantidad de información. La tecnología de hardware físico representada por chips y dispositivos optoelectrónicos es el principal avance para resolver los desafíos técnicos clave y los problemas de cuello mencionados anteriormente.
Aumentar la velocidad de símbolos (velocidad en baudios) de la transmisión de fibra óptica puede reducir en gran medida la cantidad de chips y dispositivos en el extremo transmisor de la comunicación por fibra óptica. Es un medio importante para aumentar la velocidad, reducir el consumo de energía y controlar los costos de las redes de comunicación de fibra óptica. En la actualidad, el sistema de transmisión óptica coherente comercial adopta el chip de procesamiento de señales digitales (DSP) de nodo de proceso de 7 nm, que puede admitir una velocidad de transmisión de datos de 800 Gbit/s con el tipo de código de modulación de una velocidad de símbolo en baudios de 96 G y 64 QAM. El sistema de transmisión de próxima generación adopta DSP de 5 nm, velocidad de símbolo en baudios de 130 G, tipo de código de modulación QPSK y puede admitir transmisión de larga distancia con una velocidad de datos de 400 Gbit/s de 1500 km. El foco de la industria se ha convertido en si el siguiente paso puede lograr un sistema de comunicación óptica coherente con una velocidad de símbolo superior a 200G baudios. La clave está en si los chips optoelectrónicos y microelectrónicos pueden superar el actual cuello de botella en el rendimiento. El modulador electroóptico con un ancho de banda electroóptico súper grande de más de 100 GHz y un voltaje de accionamiento ultrabajo de menos de 1 V es el chip optoelectrónico clave para lograr este objetivo.
Principales innovaciones
En enero de 2022, la Universidad Sun Yat Sen, en cooperación con Huawei, publicó el primer chip modulador de luz coherente con multiplexación de polarización del mundo basado en una película de niobato de litio (M. Xu, et al. Todavía quedan muchos desafíos para elevar la velocidad en baudios por encima de 200 Gbaud. Todos los componentes optoelectrónicos del sistema deben tener suficiente ancho de banda, y la amplitud de la señal del accionamiento eléctrico a alta velocidad en baudios es de sólo 100 milivoltios, lo que plantea requisitos estrictos para los chips moduladores electroópticos y los instrumentos de prueba.
Sobre la base del trabajo anterior, Niobium Austria Optoelectronics, la Universidad Sun Yat sen, el Laboratorio Bell (Francia), el Laboratorio III-V (Francia) y Zede Technology formaron un equipo conjunto de investigación y desarrollo para optimizar y diseñar aún más el diseño óptico y de microondas. Diseño de modulador electroóptico de película de niobato de litio, utiliza sustrato de cuarzo para lograr una pérdida de microondas ultrabaja y utiliza un electrodo de onda viajera capacitivo para lograr una transmisión sincrónica en el chip de la velocidad de microondas y la velocidad de onda de luz. Una luz coherente de polarización dual de alto rendimiento. Se ha desarrollado con éxito un modulador con un ancho de banda electroóptico de 3 dB de hasta 110 GHz y un voltaje de media onda tan bajo como 1 V, como se muestra en la Figura 1. Para llevar a cabo experimentos de transmisión estable, Niobio Optoelectronics también completó el acoplamiento de ópticas de baja pérdida. matriz de fibra y chip modulador, y realizó el módulo de embalaje que puede organizar de manera flexible interfaces de RF.
Modulador IQ de película fina de niobato de litio
El equipo conjunto logró además la modulación DP-QPSK de velocidad de baudios ultra alta de 260G (como se muestra en la Figura 2) y demostró la transmisión de fibra óptica monomodo de 100 km utilizando el generador de forma de onda arbitraria (AWG) de mayor rendimiento, el Deutsch M8199B. prototipo, con una velocidad de muestreo de hasta 260Gsa/s y un ancho de banda de más de 75GHz. Además, el formato de modulación de alto orden PCS-64QAM de 185G baudios se utiliza para lograr una relación de información alcanzable (AIR) de 1,84 Tb/s (como se muestra en la Figura 3). El excelente rendimiento del modulador de película de niobato de litio, como un gran ancho de banda y un bajo voltaje de accionamiento, hace innecesario el uso de un algoritmo DSP no lineal y un ecualizador MLSE con un algoritmo complejo en el experimento de transmisión, creando así nuevamente un registro de transmisión óptica coherente con menor complejidad DSP y el consumo de energía.
Este trabajo demuestra la velocidad en baudios de comunicación de fibra óptica más alta actual.
