單光源打破了數(shù)據(jù)傳輸速率的記錄

  丹麥和瑞典的研究人員表示，單個光源每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)達到1.8 PB，突破了數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠涗?。這一成果將有助于開發(fā)高效節(jié)能光發(fā)射機，從而減少互聯(lián)網(wǎng)和其他數(shù)據(jù)密集型系統(tǒng)的碳足跡。

  該破紀錄的光源是一種光學芯片，它使用來自單個紅外激光器的光來產(chǎn)生彩虹般的頻率光譜—稱為頻率梳的裝置。在最新的研究中，丹麥技術大學 Leif Katsuo Oxenl?we 領導的研究團隊表明，由Victor Torres 公司和瑞典查爾姆斯理工大學同事開發(fā)的芯片具有非凡的數(shù)據(jù)承載能力。

圖1 藝術家對新光源的印象

  為了創(chuàng)建頻率梳，Oxenl?we 和他的同事將一束激光注入稱為氮化硅環(huán)形諧振器的組件中。當諧振器振蕩時，它輸出一系列有一定離散間隔的新頻率，這些頻率形成梳子的線或齒。

  然后，研究團隊將梳狀頻譜的功率分成 37 個部分，將總功率的 1/37 分配給每個輸出。在使用光纖放大器放大輸出后，單獨的頻率線被分離并調(diào)制用來傳輸數(shù)據(jù)。然后，攜帶數(shù)據(jù)的梳齒被重新合并在一起，重新放大以補償調(diào)制造成的損失，并向下發(fā)送一條“空分復用”37 芯的光纖。最后，在光纖的另一端，分離并檢查信道以確保數(shù)據(jù)的傳輸。

  擴大規(guī)模將可能實現(xiàn) 100 Pbits/s 的傳輸

  在他們的實驗中，研究人員發(fā)現(xiàn)該源實現(xiàn)了每秒傳輸 1.8 PB(或 18 億千兆比特)的數(shù)據(jù)。丹麥大學物理學家兼光子通信技術教授 Oxenl?we 解釋說：“這是研究人員首次研究單個頻率梳可以攜帶多少數(shù)據(jù)，同時考慮將其傳輸?shù)皆S多并行信道，如波長和空間信道”。

  該團隊的理論分析表明，該系統(tǒng)是可擴展的，它不僅可以創(chuàng)建許多頻率，還可以將這些頻率分成許多空間副本，然后將它們進行光學放大，使它們成為傳輸數(shù)據(jù)的并行源，因此，這項的新紀錄只是一個下限，而不是上限。

  Oxenl?we 表示，由于電纜中有更多的平行光纖，或光纖中有多個芯，該技術將支持實現(xiàn)比現(xiàn)有實驗高 100 倍的數(shù)據(jù)傳輸速度—如果我們使用幾千根光纖，那也就意味著傳輸速率將達到100 Pbit/s。他指出，所有這些頻率都是彼此相干的，并且它們之間會有固定的間隔，這對數(shù)據(jù)傳輸非常有用。

  更節(jié)能的光通信發(fā)射器

  包含數(shù)千根光纖的電纜已經(jīng)上市，通常用于在數(shù)據(jù)中心周圍的大量數(shù)據(jù)傳輸。 Oxenl?we 說，這使得擴展到這樣的超高速率變得現(xiàn)實。更重要的是，所有這些光纖都可以從單一光源獲得光，從而消除了使用當前最先進的商業(yè)設備傳輸數(shù)據(jù)所需的數(shù)千個激光器。

  Oxenl?we 說“到目前為止，頻率梳的力量和潛力遠遠超出了許多梳子愛好者的夢想”。 “如今，我們可以設計出更節(jié)能的光通信發(fā)射機?！?

  Oxenl?we 還指出，之前的演示已經(jīng)成功地實現(xiàn)高達 10 Pbit/s 的速率傳輸數(shù)據(jù)，這也是第一次傳輸數(shù)據(jù)所需的基本光全部來自基于單個芯片的光源。“這項研究對于未來光通信系統(tǒng)中的發(fā)射機和接收機，將激光器、諧振器、調(diào)制器和電子電路集成在同一芯片上將非常有用，同時，找到實現(xiàn)這一目標的最佳方法也將非常重要。”

  該項研究工作發(fā)表在《自然光子學》上。

  信息來源：Nature Photonics