智東西（公眾號(hào)：zhidxcom）

　　編董溫淑

　　智東西 5 月 25 日消息，近日，一支澳大利亞研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一個(gè)光纖傳輸方案，可以實(shí)現(xiàn)超高帶寬的光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸，能在不到一秒鐘的時(shí)間里下載 1000 部高清電影。此外，這個(gè)光纖傳輸方案搭載的芯片只有硬幣大小，十分節(jié)省空間。

　　相比于澳大利亞寬帶網(wǎng)絡(luò)公司 NBN 的現(xiàn)有方案，這項(xiàng)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率提升了 2 倍；相比于活躍在澳大利亞光纖網(wǎng)絡(luò)中的任何設(shè)備，這項(xiàng)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率提升了 100 倍。

　　這支研究團(tuán)隊(duì)由來(lái)自蒙納士大學(xué)、斯威本理工大學(xué)和皇家墨爾本理工大學(xué)的研究人員組成。研究發(fā)表在權(quán)威科學(xué)期刊《Nature》上，論文標(biāo)題為《用一個(gè)芯片源極實(shí)現(xiàn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)光纖的超高密度的光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸（Ultra-dense optical data transmission over standard fibre with a single chip source）》。

　　論文鏈接：

　　https://www.nature.com/articles/s41467-020-16265-x

　　一、光子集成電路成通信網(wǎng)絡(luò)未來(lái)方向

　　目前，全球光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸速率達(dá)到每秒數(shù)百太比特（terabits）。盡管這個(gè)數(shù)字在以每年約 25% 的速率增長(zhǎng)，但是現(xiàn)有的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)逐漸不能滿足人們的要求。

　　這是因?yàn)?10 年以來(lái)，全球通信格局已經(jīng)發(fā)生了變化。

　　在約 10 年前，橫跨 1000 公里的長(zhǎng)途傳輸主導(dǎo)著全球通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)有的 WDM（光波分復(fù)用）技術(shù)、SDM（空分復(fù)用）技術(shù)都更適合于進(jìn)行長(zhǎng)途干線傳輸。

　　但在當(dāng)今，通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)轉(zhuǎn)向城際網(wǎng)絡(luò)甚至是數(shù)據(jù)中心，城際網(wǎng)絡(luò)鏈路約連接 10 到 100 公里，數(shù)據(jù)中心連接小于 10 公里。因此，人們需要研究出鏈路更短、容量更高、能耗更低的光纖傳輸技術(shù)。

　　學(xué)界認(rèn)為，光子集成電路被是一個(gè)可行的方向。由于光源是每個(gè)鏈路的核心，如果用單一的、緊湊的集成芯片代替許多并行的激光器來(lái)支持所有波長(zhǎng)，將能實(shí)現(xiàn)更短的鏈路、更高的容量。

　　研究人員提出，可以用微梳（micro-combs）或基于微腔諧振器的光頻梳（optical frequency combs）等光學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)集成芯片，通過(guò)紅外光來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。微梳具有鎖相（phase-lock）、鎖模（mode-lock）梳狀線的能力。

　　二、光學(xué)結(jié)構(gòu)+硬幣大小芯片，實(shí)現(xiàn)超高帶寬傳輸

　　基于上述設(shè)想，蒙納士大學(xué)、斯威本理工大學(xué)和皇家墨爾本理工大學(xué)的研究人員研發(fā)出一種集成單一芯片源極的超高帶寬光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸，采用一種被稱為孤子晶體（soliton crystals）的微梳光學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)集成芯片。孤子晶體的光學(xué)結(jié)構(gòu)通過(guò)一個(gè)兼容 CMOS 的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。

　　下圖a是孤子晶體光學(xué)結(jié)構(gòu)。研究人員從產(chǎn)生的光譜推斷，這個(gè)結(jié)構(gòu)是一個(gè)單一的時(shí)間缺陷晶體跨越環(huán)。該結(jié)構(gòu)有一個(gè)典型的“扇形”微梳光譜，對(duì)應(yīng)著單一時(shí)間缺陷晶體狀態(tài)；

　　下圖b顯示了用于生成孤子晶體的光纖封裝微環(huán)形諧振器芯片。芯片尺寸為 5mm*9mm，其中研究人員使用了約1/4 的區(qū)域。芯片大小與 2 澳元硬幣、美元鎳幣或 10 歐分硬幣相似；

　　▲a-孤子晶體光學(xué)結(jié)構(gòu)；b-物理芯片

　　如下圖c所示，超高帶寬光學(xué)傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)裝置。將連續(xù)式鐳射放大到 1.8W，采用 48.9GHz FSR 的微環(huán)諧振器，從孤子晶體振蕩狀態(tài)產(chǎn)生微梳。梳狀被平坦和光學(xué)解復(fù)用，以允許調(diào)幅。在隨后通過(guò)放大 EDFA 的光纖傳輸之前，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行多路復(fù)用。在接收端，各通道在接收前進(jìn)行光學(xué)去復(fù)用。

　　▲c-超高帶寬光學(xué)傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)裝置

　　在孤子晶體的產(chǎn)生過(guò)程中，研究人員用激光器從共振的紅邊緩慢地調(diào)諧到預(yù)設(shè)的波長(zhǎng)。下圖顯示了孤子晶體的產(chǎn)生過(guò)程：

　　首先，當(dāng)激光器被調(diào)諧到與光環(huán)共振時(shí)，產(chǎn)生了一個(gè)初始的梳狀（圖a）；

　　然后，研究人員把激光器調(diào)節(jié)到用于實(shí)驗(yàn)的孤子晶體振蕩狀態(tài)光譜。這個(gè)狀態(tài)有典型的“扇形”微梳狀光譜，對(duì)應(yīng)著單一時(shí)間缺陷晶體狀態(tài)。研究人員使用的狀態(tài)在大多數(shù)通信C波段上提供了梳狀線（圖b）；

　　接下來(lái)，研究人員記錄 10 個(gè)晶體生成實(shí)例的孤子晶體梳狀線功率。梳狀線功率保持在初始頻譜的± 0.9 dB，這表明能夠可靠地生成孤子晶體狀態(tài)（圖c）。

　　▲孤子晶體的產(chǎn)生

　　研究人員從電信C波段產(chǎn)生的微梳中選擇了 80 條線，然后用光譜整形器（WaveShaper 4000 S-see 方法）將其壓平。

　　然后，波長(zhǎng)的數(shù)量翻倍增加為 160 條，通過(guò)使用單邊頻調(diào)制的方式來(lái)產(chǎn)生奇/偶去關(guān)聯(lián)測(cè)試渠道，以優(yōu)化頻譜效率。

　　接下來(lái)，研究人員組合了一個(gè)六通道的測(cè)試測(cè)試頻帶。其余的頻帶提供有相同奇偶通道結(jié)構(gòu)的加載通道。研究人員使用 64 QAM 的高階格式，用 23 的符號(hào)速率調(diào)制整個(gè)梳狀，使可用頻譜的利用率達(dá)到 94%。

　　三、傳輸速率高達(dá) 44.2Tb/s，刷新澳洲數(shù)據(jù)傳輸速度上限

　　研究人員分別在實(shí)驗(yàn)室和實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行了傳輸實(shí)驗(yàn)。

　　在實(shí)驗(yàn)室中，研究人員演示了約 75 公里的光纖傳輸。此外，研究人員還跨越墨爾本市區(qū)，連接了皇家墨爾本理工大學(xué)的城市校區(qū)和蒙納士大學(xué)的克萊頓校區(qū)，光纖往返路程也為 75 公里。

　　研究人員比較了單一集成芯片源極的解決方案和標(biāo)準(zhǔn)光纖的各項(xiàng)指標(biāo)。

　　當(dāng)用標(biāo)準(zhǔn)可調(diào)激光器和接收器時(shí)，在C和L電信信號(hào)波段上的單一微梳解決方案達(dá)到的傳輸速率最高，為 30.1Tb/s，這一結(jié)果被研究人員作為基準(zhǔn)結(jié)果。

　　單一微梳解決方案可以實(shí)現(xiàn) 44.2Tb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率、10.4bits/s/Hz 的鏈路頻譜效率。相比之下，澳大利亞寬帶網(wǎng)絡(luò)公司 NBN 能實(shí)現(xiàn)的最快數(shù)據(jù)傳輸速率是 13.8Tb/s。

　　研究人員表示，單一微梳解決方案不僅刷新了澳大利亞的通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸上限，而且很可能實(shí)現(xiàn)了全球最高的數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　結(jié)語(yǔ)：未來(lái) 10 年純光學(xué)設(shè)施或能取代光電設(shè)施

　　蒙納士大學(xué)、斯威本理工大學(xué)和皇家墨爾本理工大學(xué)的研究人員研發(fā)出一種集成單一芯片源極的超高帶寬光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，相比于已有方案，這一方案的傳輸速率更高。

　　研究領(lǐng)導(dǎo)者 Bill Corcoran 說(shuō)：“這個(gè)方案的意義不僅在于更快地下載 Netflix 劇集，更重要的是它擴(kuò)展了通信網(wǎng)絡(luò)的使用邊界。”研究人員 Mark Gregory 也認(rèn)為，光學(xué)網(wǎng)絡(luò)是未來(lái)的方向，在約 10 年后，純光學(xué)設(shè)施或?qū)⑷〈怆娫O(shè)施。

　　研究人員還表示，希望這款芯片能像澳大利亞發(fā)明的 Wi-Fi 一樣，成為全球通信的主要技術(shù)。同時(shí)，他們也指出，在這種芯片得到更廣泛使用之前，還要經(jīng)過(guò)數(shù)年的測(cè)試和發(fā)展。

　　文章來(lái)源：The New Daily，Nature

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Wi-Fi要被淘汰了？澳洲研发光纤传输新方案，1秒可下载千部电影的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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