44.2 Tb / s sobre fibra: ¿cómo funciona?

El 22 de mayo de 2020, Nature Communications publicó un artículo de científicos que representan a instituciones de investigación y científicas en Australia, China y Canadá, titulado "Transmisión de datos ópticos ultradensa sobre fibra estándar con una fuente de chip único".

Naturalmente, dicho titular no se ajustaba a una audiencia amplia, por lo tanto, en las noticias todos escribieron sobre 44.2 Tb / s: el resultado que se logró (algunos no leyeron y TB / s apareció en los encabezados, pero el valor correcto fue terabits / s). Veamos juntos cómo se hizo esto y sobre qué escribieron realmente los investigadores.

¡Empecemos!

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Tabla de contenido

01. Resúmenes
02. Experimento
03. Resultados
04. Comparación con otros resultados
05. Enlaces útiles
06. Epílogo

Trataré de explicar los puntos clave del estudio, incluidos los términos, los dispositivos, etc. Además, al final de mi publicación habrá una lista de enlaces, a través de la cual puede leer más.

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)
— ( "") . , ( ). , . , [l-2], (81 , , , ). [n-1].

, . [n-2].

(soliton crystal)
, "" . .

(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. Transmisión de datos ópticos ultradensa sobre fibra estándar con una fuente de chip único (OpenAccess)
l-2. Micropeines: una nueva generación de fuentes ópticas (OpenAccess)
l-3 Solitones basados ​​en microrresonadores para comunicaciones ópticas coherentes masivamente paralelas
l-4. Comunicaciones coherentes de alto orden utilizando peines Kerr de pulso oscuro bloqueados en modo de microresonadores (OpenAccess)
l-5. Microrresonador frecuencia peine reloj óptico (OpenAccess)

Puede ser útil (Wikipedia)

n-1. Peine de frecuencia
n-2. Soliton (óptica)
n-3. Modulación de amplitud en cuadratura (QAM)
n-4. Onda continua (CW)
n-5. Rango espectral libre (FSR)
n-6. Multiplexación
n-7. Conmutación selectiva de longitud de onda (WSS)
n-8. Amplificadores de fibra dopados (DFA, EDFA)
n-9. Velocidad de símbolo
n-10. Baudios
n-11. Fibra óptica monomodo (SMF)
n-12. Diagrama de constelación
n-13. Tasa de error de bit (BER)
n-14. Error vector magnitud
n-15. Información mutua multivariada (MMI, GMI)
n-16. Corrección de errores hacia adelante (FEC)
n-17. Código de verificación de paridad de baja densidad (LDPC)

También le recomiendo que mire los enlaces a otros robots en esta área utilizados en la publicación [l-1] .

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06. Epílogo

Lograr una tasa de transferencia de datos de 44.2 Tb / s (incluso si en la práctica es de 39.0 Tb / s) es un logro impresionante en la ciencia moderna.

Y aunque es poco probable que podamos usarlo en la vida pronto, la capacidad de transferir datos a alta velocidad es una de las pocas áreas de la ciencia que no plantea a la gente común la pregunta "¿por qué estás haciendo esto?" o "¿cómo aplicarlo en nuestra vida?".

Espero que te haya interesado. ¡Gracias por la atención!

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