44,2 To / s sur fibre - comment ça marche?

Le 22 mai 2020, Nature Communications a publié un article par des scientifiques représentant des institutions scientifiques et de recherche en Australie, en Chine et au Canada, intitulé "Transmission de données optiques ultra-dense sur fibre standard avec une seule source de puce".

Naturellement, un tel titre ne convenait pas à un large public.Par conséquent, dans les informations, tout le monde a écrit à propos de 44,2 To / s - le résultat qui a été obtenu (certains n'ont pas lu et TB / s est apparu dans les en-têtes, mais la valeur correcte était en térabits / s). Voyons ensemble comment cela a été fait et ce que les chercheurs ont réellement écrit.

Commençons!

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Table des matières

01. Résumés
02. Expérience
03. Résultats
04. Comparaison avec d'autres résultats
05. Liens utiles
06. Postface

Je vais essayer d'expliquer les points clés de l'étude, y compris les termes, les appareils, etc. De plus, à la fin de ma publication, il y aura une liste de liens à travers lesquels vous pourrez en lire plus.

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]) — .

---

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. Transmission de données optiques ultra-dense sur fibre standard avec une seule source de puce (OpenAccess)
l-2. Micro-peignes: une nouvelle génération de sources optiques (OpenAccess)
l-3 Solitons à base de microrésonateurs pour des communications optiques cohérentes massivement parallèles
l-4. Communications cohérentes d'ordre élevé utilisant des peignes Kerr à impulsions sombres à verrouillage de mode à partir de microrésonateurs (OpenAccess)
l-5. Horloge optique à peigne de fréquence pour microrésonateur (OpenAccess)

Peut être utile (Wikipedia)

n-1. Peigne de fréquence
n-2. Soliton (optique)
n-3. Modulation d'amplitude en quadrature (QAM)
n-4. Onde continue (CW)
n-5. Gamme spectrale libre (FSR)
n-6. Multiplexage
n-7. Commutation sélective en longueur d'onde (WSS)
n-8. Amplificateurs à fibre dopée (DFA, EDFA)
n-9. Taux de symboles
n-10. Baud
n-11. Fibre optique monomode (SMF)
n-12. Diagramme de constellation
n-13. Taux d'erreur sur les bits (BER)
n-14. Magnitude du vecteur d'erreur
n-15. Informations mutuelles multivariées (MMI, GMI)
n-16. Correction d'erreur directe (FEC)
n-17. Code de contrôle de parité à faible densité (LDPC) Je

vous recommande également de consulter les liens vers d'autres robots dans ce domaine utilisés dans la publication [l-1] .

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06. Postface

Atteindre un taux de transfert de données de 44,2 Tb / s (même si en pratique il est de 39,0 Tb / s) est une réussite impressionnante dans la science moderne.

Et même s'il est peu probable que nous puissions l'utiliser bientôt dans la vie, la capacité de transférer des données à grande vitesse est l'un des rares domaines de la science qui ne soulève pas les gens ordinaires avec la question "pourquoi faites-vous cela?" ou "comment l'appliquer dans notre vie?".

J'espère que vous étiez intéressé. Merci pour l'attention!

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PS Si vous trouvez des fautes de frappe ou des erreurs dans le texte, faites-le moi savoir. Cela peut être fait en mettant en surbrillance une partie du texte et en appuyant sur " Ctrl / ⌘ + Entrée ", si vous avez Ctrl / ⌘, ou via des messages privés . Si les deux options ne sont pas disponibles, notez les erreurs dans les commentaires. Remercier!
PPS Je vous serais reconnaissant si vous passez encore 60 secondes et répondez aux 2 petits sondages ci-dessous. Remercier!