FoU bakgrund
Under den allmänna trenden av informationssamhällets utveckling kommer den totala mängden information som genereras av människor och maskiner att fortsätta växa exponentiellt med en hastighet av 50-60 % per år under de kommande 15 åren. Huruvida det optiska fibernätet kan tillhandahålla den kommunikationskapacitet som krävs för den snabba tillväxten av massinformationsöverföring i framtiden är en grundläggande fråga relaterad till hållbarheten i utvecklingen av informationsteknologi. Den viktigaste utmaningen den står inför är hur man kontinuerligt kan utöka den optiska kanalens bandbredd och signal-brusförhållande för att förbättra informationsöverföringskapaciteten, samtidigt som det inte bara minskar energiförbrukningen per enhetskapacitet, utan också minskar den totala energin ytterligare. konsumtionen av kanalen och därmed vända den övergripande trenden att energiförbrukningen ökar med informationsmängden. Den fysiska hårdvarutekniken som representeras av optoelektroniska kretsar och enheter är det främsta genombrottet för att lösa ovanstående viktiga tekniska utmaningar och nackproblem.
Att öka symbolhastigheten (baudhastigheten) för optisk fiberöverföring kan avsevärt minska antalet chips och enheter vid sändningsänden av optisk fiberkommunikation. Det är ett viktigt medel för att öka hastigheten, minska energiförbrukningen och kontrollera kostnaderna för optiska fiberkommunikationsnätverk. För närvarande antar det kommersiella koherenta optiska överföringssystemet chipet för digital signalbehandling (DSP) av 7nm processnod, som kan stödja 800Gbit/s dataöverföringshastighet med moduleringskodtypen 96G baud symbolhastighet och 64QAM. Nästa generations överföringssystem använder 5nm DSP, 130G baud-symbolhastighet, QPSK-modulationskodtyp och kan stödja långdistansöverföring med 400Gbit/s datahastighet på 1500km. Huruvida nästa steg kan realisera ett sammanhängande optiskt kommunikationssystem med symbolhastighet som överstiger 200G baud har blivit branschens fokus. Nyckeln ligger i huruvida optoelektroniska chips och mikroelektroniska chips kan bryta igenom den nuvarande prestandaflaskhalsen. Den elektrooptiska modulatorn med en superstor elektrooptisk bandbredd på mer än 100GHz och en ultralåg drivspänning på mindre än 1V är det centrala optoelektroniska chippet för att uppnå detta mål.
Stora innovationer
I januari 2022 publicerade Sun Yat sen University, i samarbete med Huawei, världens första polariserande multiplexerande koherenta ljusmodulatorchip baserat på litiumniobatfilm (M. Xu, et al. Det finns fortfarande många utmaningar att höja baudhastigheten över 200Gbaud. Alla optoelektroniska komponenter i systemet behöver ha tillräcklig bandbredd och amplituden för den elektriska drivsignalen vid hög baudhastighet är endast 100 millivolt, vilket ställer höga krav på elektrooptiska modulatorchips och testinstrument.
På grundval av ovanstående arbete bildade Niobium Austria Optoelectronics, Sun Yat sen University, Bell Laboratory (Frankrike), III-V Laboratory (Frankrike) och Zede Technology ett gemensamt forsknings- och utvecklingsteam för att ytterligare optimera och designa den optiska designen och mikrovågsugnen design av litiumniobatfilm elektro-optisk modulator, använd kvartssubstrat för att uppnå ultralåg mikrovågsförlust och använd kapacitiv resande vågelektrod för att uppnå on-chip synkron överföring av mikrovågshastighet och ljusvågshastighet, ett högpresterande dubbelpolarisationskoherent ljus modulator med 3dB elektrooptisk bandbredd upp till 110 GHz och halvvågsspänning så låg som 1 V har framgångsrikt utvecklats, som visas i figur 1. För att kunna utföra stabila överföringsexperiment, slutförde Niobio Optoelectronics också kopplingen av lågförlustoptik fiberuppsättning och modulatorchip, och realiserade förpackningsmodulen som flexibelt kan arrangera RF-gränssnitt.
Lithium Niobate Thin Film IQ Modulator
Det gemensamma teamet insåg vidare den rekordslagna DP-QPSK-moduleringen med ultrahög överföringshastighet på 260G (som visas i figur 2) och demonstrerade 100 km enkelmods optisk fiberöverföring genom att använda den högst presterande godtyckliga vågformsgeneratorn (AWG), Deutsch M8199B prototyp, med en samplingshastighet på upp till 260Gsa/s och en bandbredd på över 75GHz. Dessutom används 185G baud PCS{10}}QAM-moduleringsformatet av hög ordning för att uppnå 1,84 Tb/s achievable information ratio (AIR) (som visas i figur 3). Den utmärkta prestandan hos litiumniobatfilmmodulatorn, såsom stor bandbredd och låg drivspänning, gör det onödigt att använda ickelinjär DSP-algoritm och MLSE-utjämnare med komplex algoritm i överföringsexperiment, vilket skapar en rekord av koherent optisk överföring igen med lägre DSP-komplexitet och Energiförbrukning.
Detta arbete visar den nuvarande högsta överföringshastigheten för optisk fiberkommunikation
