R&D baggrund
Under den generelle tendens til udviklingen af informationssamfundet vil den samlede mængde information, der genereres af mennesker og maskiner, fortsætte med at vokse eksponentielt med en hastighed på 50-60 % om året i de næste 15 år. Hvorvidt det optiske fibernet kan levere den kommunikationskapacitet, der kræves for den hurtige vækst af masseinformationstransmission i fremtiden, er et grundlæggende spørgsmål relateret til bæredygtigheden af informationsteknologiudvikling. Den vigtigste udfordring, den står over for, er, hvordan man løbende kan udvide den optiske kanals båndbredde og signal-støj-forhold for at forbedre informationstransmissionskapaciteten, samtidig ikke kun reducere energiforbruget pr. enhedskapacitet, men også yderligere reducere den samlede energi forbruget af kanalen, og dermed vende den overordnede tendens med, at energiforbruget stiger med mængden af information. Den fysiske hardwareteknologi repræsenteret af optoelektroniske chips og enheder er det vigtigste gennembrud for at løse de ovennævnte centrale tekniske udfordringer og nakkeproblemer.
Forøgelse af symbolhastigheden (baudhastigheden) for optisk fibertransmission kan i høj grad reducere antallet af chips og enheder i den transmitterende ende af optisk fiberkommunikation. Det er et vigtigt middel til at øge hastigheden, reducere energiforbruget og kontrollere omkostningerne ved optiske fiberkommunikationsnetværk. På nuværende tidspunkt vedtager det kommercielle sammenhængende optiske transmissionssystem den digitale signalbehandling (DSP)-chip på 7nm-procesknudepunktet, som kan understøtte 800Gbit/s datatransmissionshastighed med modulationskodetypen 96G baud-symbolhastighed og 64QAM. Næste generations transmissionssystem vedtager 5nm DSP, 130G baud symbolrate, QPSK-modulationskodetype og kan understøtte langdistancetransmission med 400Gbit/s datahastighed på 1500km. Hvorvidt det næste trin kan realisere sammenhængende optisk kommunikationssystem med symbolhastighed på over 200G baud er blevet industriens fokus. Nøglen ligger i, om optoelektroniske chips og mikroelektroniske chips kan bryde igennem den nuværende flaskehals. Den elektro-optiske modulator med en super stor elektro-optisk båndbredde på mere end 100GHz og en ultralav drivspænding på mindre end 1V er den centrale optoelektroniske chip til at nå dette mål.
Større innovationer
I januar 2022 offentliggjorde Sun Yat sen University, i samarbejde med Huawei, verdens første polariserende multiplekserende kohærent lysmodulatorchip baseret på lithiumniobatfilm (M. Xu, et al. Der er stadig mange udfordringer med at hæve baudhastigheden til over 200Gbaud. Alle optoelektroniske komponenter i systemet skal have tilstrækkelig båndbredde, og amplituden af det elektriske drivsignal ved høj baudrate er kun 100 millivolt, hvilket stiller strenge krav til elektro-optiske modulatorchips og testinstrumenter.
På grundlag af ovenstående arbejde dannede Niobium Austria Optoelectronics, Sun Yat sen University, Bell Laboratory (Frankrig), III-V Laboratory (Frankrig) og Zede Technology et fælles forsknings- og udviklingsteam for yderligere at optimere og designe det optiske design og mikrobølgeovnen design af lithiumniobatfilm elektro-optisk modulator, brug kvartssubstrat til at opnå ultralavt mikrobølgetab og brug kapacitiv rejsebølgeelektrode til at opnå on-chip synkron transmission af mikrobølgehastighed og lysbølgehastighed, Et højtydende dobbeltpolariserings kohærent lys modulator med 3dB elektro-optisk båndbredde op til 110 GHz og halvbølgespænding så lav som 1 V er blevet udviklet med succes, som vist i figur 1. For at udføre stabile transmissionseksperimenter gennemførte Niobio Optoelectronics også koblingen af lavtabsoptik fiberarray og modulatorchip, og realiserede emballagemodulet, der fleksibelt kan arrangere RF-grænseflader.
Lithium Niobate tyndfilm IQ-modulator
Det fælles team realiserede yderligere den rekordslående DP-QPSK-modulation på 260G ultrahøj baudrate (som vist i figur 2) og demonstrerede 100 km single-mode optisk fibertransmission ved at bruge den højeste ydeevne vilkårlige bølgeformgenerator (AWG), Deutsch M8199B prototype, med en samplinghastighed på op til 260Gsa/s og en båndbredde på over 75GHz. Desuden bruges 185G baud PCS{10}}QAM højordensmodulationsformatet til at opnå 1,84 Tb/s opnåelige informationsforhold (AIR) (som vist i figur 3). Den fremragende ydeevne af lithiumniobatfilmmodulator, såsom stor båndbredde og lav drevspænding, gør det unødvendigt at bruge ikke-lineær DSP-algoritme og MLSE-equalizer med kompleks algoritme i transmissionseksperiment, hvilket igen skaber en rekord af sammenhængende optisk transmission med lavere DSP-kompleksitet og strømforbrug.
Dette arbejde viser den nuværende højeste optiske fiberkommunikations-baudrate
