【產(chǎn)通社，6月7日訊】上海交通大學(xué)（Shanghai Jiao Tong University, SJTU）官網(wǎng)消息，電子信息與電氣工程學(xué)院電子工程系長聘副教授陸梁軍、研究員杜江兵聯(lián)合開展研究工作，提出了基于強度調(diào)制直接檢測（IM-DD）方案的并行數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，利用片上單孤子光頻梳和色散補償實現(xiàn)了大容量低功耗的并行數(shù)據(jù)傳輸，該系統(tǒng)在未來超大規(guī)模、超低功耗數(shù)據(jù)中心互連中具有廣泛的應(yīng)用前景及重要的應(yīng)用價值。相關(guān)成果以“Parallel wavelength-division-multiplexed signal transmission and dispersion compensation enabled by soliton microcombs and microrings”（基于光孤子頻率梳與級聯(lián)微環(huán)的并行數(shù)據(jù)傳輸與色散補償）為題發(fā)表在《Nature Communications》（自然-通訊）期刊上。

根據(jù)國際數(shù)據(jù)中心的預(yù)測，2025年全球數(shù)據(jù)總量將突破175ZB。數(shù)據(jù)量的爆炸性增長推動著數(shù)據(jù)中心以及數(shù)據(jù)中心互連（DCI）的發(fā)展，低成本、低功耗、大容量的數(shù)據(jù)中心互連成為產(chǎn)業(yè)界及學(xué)術(shù)界研究的目標。相比于相干系統(tǒng)，基于IM-DD的系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、功耗低等優(yōu)點，但由于單模光纖色散的影響，目前基于IM-DD的方案主要應(yīng)用在損耗相對較高的O波段、光纖距離小于10km的數(shù)據(jù)中心互連場景下。此外，波分復(fù)用（WDM）技術(shù)雖然可用于IM-DD系統(tǒng)來提升數(shù)據(jù)傳輸容量，但多個波長通道往往需要多個激光器，系統(tǒng)成本也會隨之增加。因此，如何在基于IM-DD系統(tǒng)架構(gòu)下，在損耗較低的C波段實現(xiàn)較長距離下的低功耗、大容量數(shù)據(jù)傳輸仍面臨巨大挑戰(zhàn)。

針對以上挑戰(zhàn)，本工作提出片上并行IM-DD數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由片上發(fā)射端、接收端，以及中間用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯文９饫w構(gòu)成。在該系統(tǒng)的發(fā)射端，多波長光源由微環(huán)產(chǎn)生的光頻梳提供，不同波長的光信號通過與其波長相對應(yīng)的片上調(diào)制器可將電信號調(diào)制到光載波上。調(diào)制后的光信號隨后送入單模光纖中進行傳輸。在系統(tǒng)的接收端，片上八微環(huán)級聯(lián)的結(jié)構(gòu)用于實現(xiàn)對光纖色散的補償。在色散補償之后，不同波長的光信號經(jīng)過波分解復(fù)用器進行波長解復(fù)用，然后送入相應(yīng)的片上光電探測器進行光電轉(zhuǎn)換，獲得相應(yīng)的傳輸數(shù)據(jù)�；谝陨霞軜�(gòu)，本工作設(shè)計并實現(xiàn)了片上光頻梳以及級聯(lián)微環(huán)色散補償這兩個關(guān)鍵器件，二者的自由頻譜范圍（FSR）相匹配，以實現(xiàn)并行的色散補償及數(shù)據(jù)傳輸。色散補償器件中每個微環(huán)的諧振波長和耦合系數(shù)均可獨立調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)在C波段對40km以內(nèi)單模光纖的連續(xù)可調(diào)的色散補償。

本工作進一步進行了并行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶嶒灉y試。在進行并行數(shù)據(jù)傳輸測試前，首先對級聯(lián)微環(huán)進行了標定及熱串?dāng)_補償。隨后，選出15根光頻梳作為多波長光源，對每根光頻梳分別調(diào)制80Gbit/s PAM4信號以及112Gbit/s DMT信號，在傳輸20km單模光纖之后利用級聯(lián)微環(huán)進行色散補償，分別實現(xiàn)了1.2Tbit/s和1.68Tbit/s的數(shù)據(jù)傳輸總量。經(jīng)過色散補償之后，可以獲得清晰的眼圖及星座圖，各通道誤碼率均可控制在合理范圍內(nèi)。此外，本文對色散補償所需功耗做了詳細分析，傳輸距離統(tǒng)一至40km，本工作的歸一化色散補償功耗低至0.3pJ/bit，此功耗是目前商用400G-ZR相干光模塊色散補償功耗的約六分之一，是未來下一代1.6T-ZR相干光模塊色散補償功耗的約三分之一。

上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院電子工程系博士研究生劉源彬、張宏毅、劉嘉程為論文的共同第一作者，陸梁軍副教授、杜江兵研究員為論文的共同通訊作者。上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院為論文第一單位，該工作得到國家自然科學(xué)基金等項目資助。查詢進一步信息，請訪問官方網(wǎng)站http://news.sjtu.edu.cn/jdzh/20240522/197763.html，以及https://www.nature.com/articles/s41467-024-47904-2。（張怡，產(chǎn)通發(fā)布）    （完）