Latar belakang penelitian dan pengembangan
Berdasarkan tren umum perkembangan masyarakat informasi, jumlah total informasi yang dihasilkan oleh manusia dan mesin akan terus tumbuh secara eksponensial dengan laju 50-60% per tahun dalam 15 tahun ke depan. Apakah jaringan serat optik dapat menyediakan kapasitas komunikasi yang dibutuhkan untuk pesatnya pertumbuhan transmisi informasi massal di masa depan merupakan isu mendasar terkait keberlanjutan perkembangan teknologi informasi. Tantangan utama yang dihadapi adalah bagaimana terus memperluas bandwidth saluran optik dan rasio signal-to-noise untuk meningkatkan kapasitas transmisi informasi, pada saat yang sama, tidak hanya mengurangi konsumsi energi per unit kapasitas, namun juga semakin mengurangi total energi. konsumsi saluran, sehingga membalikkan tren keseluruhan bahwa konsumsi energi meningkat seiring dengan banyaknya informasi. Teknologi perangkat keras fisik yang diwakili oleh chip dan perangkat optoelektronik merupakan terobosan utama untuk memecahkan tantangan teknis utama dan masalah leher di atas.
Meningkatkan kecepatan simbol (baud rate) transmisi serat optik dapat sangat mengurangi jumlah chip dan perangkat di ujung transmisi komunikasi serat optik. Ini merupakan sarana penting untuk meningkatkan kecepatan, mengurangi konsumsi energi dan mengendalikan biaya jaringan komunikasi serat optik. Saat ini, sistem transmisi optik koheren komersial mengadopsi chip pemrosesan sinyal digital (DSP) dari node proses 7nm, yang dapat mendukung kecepatan transmisi data 800Gbit/s dengan jenis kode modulasi kecepatan simbol baud 96G dan 64QAM. Sistem transmisi generasi berikutnya mengadopsi DSP 5nm, kecepatan simbol baud 130G, jenis kode modulasi QPSK, dan dapat mendukung transmisi jarak jauh dengan kecepatan data 400Gbit/s hingga 1500km. Apakah langkah selanjutnya dapat mewujudkan sistem komunikasi optik yang koheren dengan kecepatan simbol melebihi 200G baud telah menjadi fokus industri. Kuncinya terletak pada apakah chip optoelektronik dan chip mikroelektronik dapat menembus hambatan kinerja saat ini. Modulator elektro-optik dengan bandwidth elektro-optik super besar lebih dari 100GHz dan tegangan penggerak ultra-rendah kurang dari 1V adalah chip optoelektronik kunci inti untuk mencapai tujuan ini.
Inovasi besar
Pada bulan Januari 2022, Universitas Sun Yat sen, bekerja sama dengan Huawei, menerbitkan chip modulator cahaya koheren multiplexing polarisasi pertama di dunia berdasarkan film lithium niobate (M. Xu, dkk. Masih banyak tantangan untuk menaikkan baud rate di atas 200Gbaud. Semua komponen optoelektronik dalam sistem harus memiliki bandwidth yang cukup, dan amplitudo sinyal penggerak listrik pada baud rate tinggi hanya 100 milivolt, yang mengedepankan persyaratan ketat untuk chip modulator elektro-optik dan instrumen pengujian.
Berdasarkan pekerjaan di atas, Niobium Austria Optoelectronics, Universitas Sun Yat sen, Bell Laboratory (Prancis), Laboratorium III-V (Prancis) dan Zede Technology membentuk tim penelitian dan pengembangan bersama untuk lebih mengoptimalkan dan merancang desain optik dan gelombang mikro. desain modulator elektro-optik film lithium niobate, menggunakan substrat kuarsa untuk mencapai kehilangan gelombang mikro yang sangat rendah, dan menggunakan elektroda gelombang perjalanan kapasitif untuk mencapai transmisi sinkron on-chip dari laju gelombang mikro dan laju gelombang cahaya, Cahaya koheren polarisasi ganda berkinerja tinggi modulator dengan bandwidth elektro-optik 3dB hingga 110 GHz dan tegangan setengah gelombang serendah 1 V telah berhasil dikembangkan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Untuk melakukan eksperimen transmisi yang stabil, Niobio Optoelektronik juga menyelesaikan kopling optik kehilangan rendah susunan serat dan chip modulator, dan menyadari modul pengemasan yang dapat mengatur antarmuka RF secara fleksibel.
Modulator IQ Film Tipis Lithium Niobate
Tim gabungan ini selanjutnya merealisasikan modulasi DP-QPSK kecepatan baud ultra-tinggi 260G yang memecahkan rekor (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2) dan mendemonstrasikan transmisi serat optik mode tunggal sepanjang 100 km dengan menggunakan generator bentuk gelombang arbitrer (AWG) berkinerja tertinggi, Deutsch M8199B prototipe, dengan kecepatan pengambilan sampel hingga 260Gsa/s dan bandwidth lebih dari 75GHz. Selain itu, format modulasi tingkat tinggi 185G baud PCS-64QAM digunakan untuk mencapai rasio informasi yang dapat dicapai (AIR) sebesar 1,84 Tb/s (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3). Performa luar biasa dari modulator film lithium niobate, seperti bandwidth besar dan tegangan penggerak rendah, membuatnya tidak perlu menggunakan algoritma DSP nonlinier dan equalizer MLSE dengan algoritma kompleks dalam eksperimen transmisi, sehingga menciptakan catatan transmisi optik yang koheren lagi dengan kompleksitas DSP yang lebih rendah dan konsumsi daya.
Karya ini menunjukkan baud rate komunikasi serat optik tertinggi saat ini
