研究開発の背景
情報社会の発展という一般的な傾向の下、人間と機械によって生成される情報の総量は、今後 15 年間に年間 50-60% の割合で指数関数的に増加し続けるでしょう。 今後の急速な大規模情報伝送に必要な通信容量を光ファイバーネットワークが提供できるかどうかは、情報技術開発の持続可能性に関わる根本的な問題である。 同社が直面する主な課題は、光チャネルの帯域幅と信号対雑音比を継続的に拡大して情報伝送容量を向上させると同時に、単位容量あたりのエネルギー消費を削減するだけでなく、総エネルギーをさらに削減する方法です。これにより、情報量に応じてエネルギー消費が増加するという全体的な傾向が逆転します。 オプトエレクトロニクスチップやデバイスに代表される物理ハードウェア技術は、上記の主要な技術的課題とネック問題を解決するための主なブレークスルーです。
光ファイバー伝送のシンボル レート (ボー レート) を高速化すると、光ファイバー通信の送信側のチップとデバイスの数を大幅に削減できます。 光ファイバー通信ネットワークの速度を向上させ、エネルギー消費を削減し、コストを制御するための重要な手段です。 現在、商用コヒーレント光伝送システムは7nmプロセスノードのデジタル信号処理(DSP)チップを採用しており、96Gボーシンボルレートと64QAMの変調コードタイプで800Gbit/sのデータ伝送速度をサポートできます。 次世代伝送システムは5nm DSP、130Gボーシンボルレート、QPSK変調コードタイプを採用し、400Gbit/sのデータレートで1500kmの長距離伝送をサポートできます。 次のステップで200Gボーを超えるシンボルレートのコヒーレント光通信システムを実現できるかどうかが業界の焦点となっている。 鍵は、オプトエレクトロニクスチップとマイクロエレクトロニクスチップが現在の性能ボトルネックを突破できるかどうかにある。 100GHzを超える超広い電気光学帯域幅と1V未満の超低駆動電圧を備えた電気光学変調器は、この目標を達成するための中核となる重要な光電子チップです。
主な革新
2022年1月、中山大学はファーウェイと協力して、世界初のニオブ酸リチウムフィルムをベースにした偏波多重コヒーレント光変調器チップを発表した（M. Xuら）。ボーレートを200Gボー以上に上げるにはまだ多くの課題がある。システム内のすべてのオプトエレクトロニクス コンポーネントには十分な帯域幅が必要であり、高ボー レートでの電気駆動信号の振幅はわずか 100 ミリボルトであるため、電気光学変調器チップとテスト機器には厳しい要件が課せられます。
上記の研究に基づいて、ニオブ・オーストリア・オプトエレクトロニクス、中山大学、ベル研究所（フランス）、III-V研究所（フランス）、およびZede Technologyは、光学設計とマイクロ波をさらに最適化および設計するための共同研究開発チームを結成しました。ニオブ酸リチウム膜電気光学変調器の設計、石英基板を使用して超低マイクロ波損失を達成、容量性進行波電極を使用してマイクロ波速度と光波速度のオンチップ同期伝送を実現、高性能二重偏波コヒーレント光図 1 に示すように、最大 110 GHz の 3dB 電気光学帯域幅と 1 V という低い半波電圧を備えた変調器の開発に成功しました。安定した伝送実験を実行するために、ニビオ オプトエレクトロニクスは低損失光結合も完了しました。ファイバーアレイと変調器チップを搭載し、RFインターフェースを柔軟に配置できるパッケージングモジュールを実現しました。
ニオブ酸リチウム薄膜 IQ 変調器
共同チームはさらに、記録破りの 260G 超高速ボーレート DP-QPSK 変調 (図 2 を参照) を実現し、最高性能の任意波形発生器 (AWG) である Deutsch M8199B を使用して 100km のシングルモード光ファイバー伝送を実証しました。プロトタイプは、最大 260Gsa/s のサンプリング レートと 75GHz 以上の帯域幅を備えています。 さらに、185G ボー PCS-64QAM 高次変調フォーマットを使用して、1.84 Tb/s の達成可能情報比 (AIR) を達成しています (図 3 を参照)。 広い帯域幅と低い駆動電圧などのニオブ酸リチウム膜変調器の優れた性能により、伝送実験において非線形DSPアルゴリズムや複雑なアルゴリズムを備えたMLSEイコライザーを使用する必要がなくなり、より低いDSPの複雑さで再びコヒーレント光伝送の記録が作成されます。消費電力。
この作品は、現在の最高の光ファイバー通信ボーレートを実証します。
