Nền tảng R&D
Theo xu hướng phát triển chung của xã hội thông tin, tổng lượng thông tin do con người và máy móc tạo ra sẽ tiếp tục tăng theo cấp số nhân với tốc độ 50-60% mỗi năm trong 15 năm tới. Liệu mạng cáp quang có thể cung cấp dung lượng liên lạc cần thiết cho sự phát triển nhanh chóng của việc truyền tải thông tin đại chúng trong tương lai hay không là vấn đề cơ bản liên quan đến tính bền vững của phát triển công nghệ thông tin. Thách thức chính mà nó phải đối mặt là làm thế nào để liên tục mở rộng băng thông kênh quang và tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm để cải thiện khả năng truyền tải thông tin, đồng thời không chỉ giảm mức tiêu thụ năng lượng trên một đơn vị công suất mà còn giảm hơn nữa tổng năng lượng. tiêu thụ kênh, do đó đảo ngược xu hướng chung là mức tiêu thụ năng lượng tăng theo lượng thông tin. Công nghệ phần cứng vật lý được thể hiện bằng các chip và thiết bị quang điện tử là bước đột phá chính để giải quyết các thách thức kỹ thuật quan trọng và các vấn đề về cổ ở trên.
Việc tăng tốc độ ký hiệu (tốc độ baud) của truyền dẫn cáp quang có thể làm giảm đáng kể số lượng chip và thiết bị ở đầu phát của truyền thông cáp quang. Đây là một phương tiện quan trọng để tăng tốc độ, giảm mức tiêu thụ năng lượng và kiểm soát chi phí của mạng truyền thông cáp quang. Hiện tại, hệ thống truyền dẫn quang kết hợp thương mại sử dụng chip xử lý tín hiệu số (DSP) của nút xử lý 7nm, có thể hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu 800Gbit/s với loại mã điều chế là tốc độ ký hiệu 96G baud và 64QAM. Hệ thống truyền dẫn thế hệ tiếp theo sử dụng DSP 5nm, tốc độ ký hiệu 130G, loại mã điều chế QPSK và có thể hỗ trợ truyền đường dài với tốc độ dữ liệu 400Gbit/s trong 1500km. Liệu bước tiếp theo có thể hiện thực hóa hệ thống truyền thông quang học mạch lạc với tốc độ ký hiệu vượt quá 200G baud hay không đã trở thành trọng tâm của ngành. Mấu chốt nằm ở chỗ liệu chip quang điện tử và chip vi điện tử có thể vượt qua nút thắt hiệu suất hiện tại hay không. Bộ điều biến quang điện có băng thông quang điện siêu lớn hơn 100GHz và điện áp truyền động cực thấp dưới 1V là chip quang điện tử cốt lõi để đạt được mục tiêu này.
Những đổi mới lớn
Vào tháng 1 năm 2022, Đại học Sun Yat sen, hợp tác với Huawei, đã xuất bản chip điều chế ánh sáng kết hợp ghép kênh phân cực đầu tiên trên thế giới dựa trên màng lithium niobate (M. Xu và cộng sự. Vẫn còn nhiều thách thức để nâng tốc độ truyền lên trên 200Gbaud. Tất cả các thành phần quang điện tử trong hệ thống cần phải có đủ băng thông và biên độ của tín hiệu truyền động điện ở tốc độ truyền cao chỉ là 100 milivolt, điều này đặt ra các yêu cầu nghiêm ngặt đối với chip điều chế quang điện và dụng cụ kiểm tra.
Trên cơ sở công việc trên, Niobium Austria Optoelectronics, Đại học Sun Yat sen, Phòng thí nghiệm Bell (Pháp), Phòng thí nghiệm III-V (Pháp) và Zede Technology đã thành lập một nhóm nghiên cứu và phát triển chung để tối ưu hóa và thiết kế hơn nữa thiết kế quang học và lò vi sóng thiết kế bộ điều biến quang điện màng lithium niobate, sử dụng chất nền thạch anh để đạt được tổn thất vi sóng cực thấp và sử dụng điện cực sóng di chuyển điện dung để đạt được sự truyền đồng bộ trên chip về tốc độ vi sóng và tốc độ sóng ánh sáng, Ánh sáng kết hợp phân cực kép hiệu suất cao bộ điều biến có băng thông quang điện 3dB lên tới 110 GHz và điện áp nửa sóng thấp tới 1 V đã được phát triển thành công, như trong Hình 1. Để thực hiện các thí nghiệm truyền dẫn ổn định, Niobio Optoelectronics cũng đã hoàn thành việc ghép nối quang tổn thất thấp. mảng sợi và chip điều chế, đồng thời nhận ra mô-đun đóng gói có thể sắp xếp linh hoạt các giao diện RF.
Bộ điều chế IQ màng mỏng Lithium Niobate
Nhóm chung đã hiện thực hóa thêm phương pháp điều chế DP-QPSK tốc độ truyền cực cao 260G (như trong Hình 2) và trình diễn khả năng truyền dẫn cáp quang đơn mode 100km bằng cách sử dụng bộ tạo dạng sóng tùy ý (AWG) hiệu suất cao nhất, Deutsch M8199B nguyên mẫu, với tốc độ lấy mẫu lên tới 260Gsa/s và băng thông trên 75GHz. Hơn nữa, định dạng điều chế bậc cao 185G baud PCS{10}}QAM được sử dụng để đạt được tỷ lệ thông tin có thể đạt được (AIR) là 1,84 Tb/s (như trong Hình 3). Hiệu suất tuyệt vời của bộ điều chế màng lithium niobate, chẳng hạn như băng thông lớn và điện áp ổ đĩa thấp, khiến không cần thiết phải sử dụng thuật toán DSP phi tuyến và bộ cân bằng MLSE với thuật toán phức tạp trong thí nghiệm truyền dẫn, do đó tạo lại bản ghi truyền quang kết hợp với độ phức tạp DSP thấp hơn và sự tiêu thụ năng lượng.
Công trình này chứng minh tốc độ truyền thông cáp quang cao nhất hiện nay
