44,2 Tb / s über Faser - wie funktioniert das?

Am 22. Mai 2020 veröffentlichte Nature Communications einen Artikel von Wissenschaftlern aus Forschung und wissenschaftlichen Einrichtungen in Australien, China und Kanada mit dem Titel "Ultradichte optische Datenübertragung über Standardfaser mit einer einzigen Chipquelle".

Natürlich passte eine solche Überschrift nicht für ein breites Publikum, daher schrieben in den Nachrichten alle über 44,2 Tb / s - das Ergebnis, das erzielt wurde (einige lasen nicht und TB / s erschienen in den Überschriften, aber der richtige Wert war Terabit / s). Lassen Sie uns gemeinsam herausfinden, wie dies getan wurde und worüber die Forscher tatsächlich geschrieben haben.

Lass uns anfangen!

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Inhaltsverzeichnis

01. Abstracts
02. Experiment
03. Ergebnisse
04. Vergleich mit anderen Ergebnissen
05. Nützliche Links
06. Nachwort

Ich werde versuchen, die wichtigsten Punkte der Studie zu erläutern, einschließlich Begriffe, Geräte usw. Außerdem wird am Ende meiner Veröffentlichung eine Liste von Links angezeigt, über die Sie mehr lesen können.

100% . , , . ( 05).

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01.

[l-1] ( ):

Micro-combs – optical frequency combs generated by integrated micro-cavity resonators – offer the full potential of their bulk counterparts, but in an integrated footprint. They have enabled breakthroughs in many fields including spectroscopy, microwave photonics, frequency synthesis, optical ranging, quantum sources, metrology and ultrahigh capacity data transmission. Here, by using a powerful class of micro-comb called soliton crystals, we achieve ultra-high data transmission over 75 km of standard optical fibre using a single integrated chip source. We demonstrate a line rate of 44.2 Terabits s−1 using the telecommunications C-band at 1550 nm with a spectral efficiency of 10.4 bits s−1 Hz−1. Soliton crystals exhibit robust and stable generation and operation as well as a high intrinsic efficiency that, together with an extremely low soliton micro-comb spacing of 48.9 GHz enable the use of a very high coherent data modulation format (64 QAM — quadrature amplitude modulated). This work demonstrates the capability of optical micro-combs to perform in demanding and practical optical communications networks.

75 . «» 44.2 / (/) C- (1 550 ) 10.4 (/)/. 48.9 .

75 . , "" (76.6 ) , .

:

- (micro-comb)
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, . [n-2].

(soliton crystal)
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(QAM)
, . $$$\pi / 2$— , "". 64 . [n-3].

, , .

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02.

. 1. [l-1].

a. " ", .
b. (5 9 , $$$1/4$) + 2 AUD (20.5 ) . . , , , .
c. . (CW [n-4]) (1.8 ) (48.9 FSR [n-5]), - . ( ) [n-6], . , EDFA (. ) ( ).

. 1 :

• ECL — edge-coupled laser — , ;
• WSS — wavelength-selective switch — , [n-7];
• Rx — receiver;
• EDFA — Erbium Doped Fiber Amplifier — , [n-8].

(1 550 , ), - 80 ( 0.4 ). - .

. 2. . , [l-1].

a. . , .
b. , . "" - , ( ). , . C- .
c. 10 ( . 10 ). ± 0.9 , , .

10 1 550.300 1 550.527 , 10 .

- 80 C- ( 32 1 536 1 567 , 3.95 ). 160 ( 24.5 ). ( ).

(6 ). 64 QAM, [n-9] 23 [n-10], 94% .

2 75 . [n-11].

1. .
2. , .

. 3. [l-1].

a. , 12.5 , .
b. 75 . 50 . ( 150 ), -, ( , ).
c. 76.6 . 50 .
d. [n-12] 193.4 (1550.1 ) (X Y). "Back-to-back" (B2B) , "75 km in-lab fibre" — (b) "76.6 km field fibre" — ().

. 3 :

• BER — bit error rate — [n-13];
• $$$Q^2$( [n-14]) — .

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03.

. 4. (BER), (GMI) [n-15] [l-1].

a. BER . B2B , — , — . 20% SD FEC, LDPC. FEC $$$4*10^{-2}$. , , .
b. GMI . GMI , - . 10% 20% (OH). (SE) GMI . GMI , BER. GMI (SE) B2B 11.3 / (10.6 //) 10.9 / (10.3 //). ( ) 11.0 / (10.4 //) 10.7 / (10.1 //). .

. 4 :

• FEC — forward error correction — [n-16];
• SD FEC — soft decision FEC;
• LDPC — low-density parity-check code — [n-17].

, 44.2 /. ( ) 40.1 / (B2B ), 39.2 / ( ) 39.0 / (" "). 10.4, 10.2 10.1 // .

50% , [l-3]. , 3.7 .

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04.

. 1. .

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05.

l-1. Ultradichte optische Datenübertragung über Standardfaser mit einer Single-Chip-Quelle (OpenAccess)
l-2. Mikrokämme : Eine neuartige Generation optischer Quellen (OpenAccess)
l-3 Solitonen auf Mikroresonatorbasis für massiv parallele kohärente optische Kommunikation
l-4. Kohärente Kommunikation hoher Ordnung unter Verwendung von modengekoppelten Dunkelpuls-Kerr-Kämmen von Mikroresonatoren (OpenAccess)
l-5. Optische Uhr des Mikroresonatorfrequenzkamms (OpenAccess)

Kann nützlich sein (Wikipedia)

n-1. Frequenzkamm
n-2. Soliton (Optik)
n-3. Quadraturamplitudenmodulation (QAM)
n-4. Dauerwelle (CW)
n-5. Freier Spektralbereich (FSR)
n-6. Multiplexing
n-7. Wellenlängenselektives Schalten (WSS)
n-8. Dotierte Faserverstärker (DFA, EDFA)
n-9. Symbolrate
n-10. Baud
n-11. Single-Mode-Glasfaser (SMF)
n-12. Konstellationsdiagramm
n-13. Bitfehlerrate (BER)
n-14. Fehlervektorgröße
n-15. Multivariate gegenseitige Information (MMI, GMI)
n-16. Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC)
n-17. Paritätsprüfcode mit niedriger Dichte (LDPC) Ich

empfehle außerdem, dass Sie sich die Links zu anderen Robotern in diesem Bereich ansehen, die in der Veröffentlichung [l-1] verwendet werden .

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06. Nachwort

Das Erreichen einer Datenübertragungsrate von 44,2 Tb / s (auch wenn es in der Praxis 39,0 Tb / s beträgt) ist eine beeindruckende Leistung in der modernen Wissenschaft.

Und obwohl es unwahrscheinlich ist, dass wir es bald im Leben nutzen können, ist die Fähigkeit, Daten mit hoher Geschwindigkeit zu übertragen, einer der wenigen Bereiche der Wissenschaft, die gewöhnliche Menschen nicht mit der Frage aufwerfen, warum Sie das tun. oder "wie man es in unserem Leben anwendet?".

Ich hoffe du warst interessiert. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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PS Wenn Sie Tippfehler oder Fehler im Text finden, lassen Sie es mich bitte wissen. Dies kann durch Hervorheben eines Teils des Textes und Drücken von " Strg / ⌘ + Eingabetaste ", wenn Sie Strg / ⌘ haben, oder durch private Nachrichten erfolgen . Wenn beide Optionen nicht verfügbar sind, schreiben Sie über Fehler in die Kommentare. Danke!
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