44,2 Tb / s lebih dari serat - bagaimana cara kerjanya?

Pada 22 Mei 2020, Nature Communications menerbitkan sebuah artikel oleh para ilmuwan yang mewakili lembaga penelitian dan ilmiah di Australia, Cina dan Kanada, berjudul "Transmisi data optik ultra-padat melalui serat standar dengan satu sumber chip".

Tentu saja, tajuk seperti itu tidak cocok untuk khalayak luas, oleh karena itu, dalam berita semua orang menulis sekitar 44,2 Tb / detik - hasil yang dicapai (beberapa tidak membaca dan TB / muncul di judul, tetapi nilai yang tepat adalah terabit). Mari kita pikirkan bersama bagaimana ini dilakukan dan apa yang sebenarnya ditulis oleh para peneliti.

Ayo mulai!

---

Daftar Isi

01. Abstrak
02. Eksperimen
03. Hasil
04. Bandingkan dengan hasil lainnya
05. Tautan yang bermanfaat 06. Kata
penutup

Saya akan mencoba menjelaskan poin-poin utama dari penelitian ini, termasuk istilah, perangkat, dan sebagainya. Selain itu, pada akhir publikasi saya akan ada daftar tautan, di mana Anda dapat membaca lebih lanjut.

100% . , , . ( 05).

---

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].

, , .

---

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 .

---

04.

. 1. .

---

05.

l-1. Transmisi data optik ultra-padat melalui serat standar dengan satu sumber chip (OpenAccess)
l-2. Mikro-sisir: Generasi baru sumber optik (OpenAccess)
l-3 Soliter berbasis Microresonator untuk komunikasi optik koheren paralel paralel masif
l-4. Komunikasi koheren tingkat tinggi menggunakan sisir Kerr pulsa-gelap yang dikunci-mode dari mikrorononator (OpenAccess)
l-5. Jam optik sisir frekuensi Microresonator (OpenAccess)

Semoga bermanfaat (Wikipedia)

n-1. Sisir frekuensi
n-2. Soliton (optik)
n-3. Modulasi amplitudo quadrature (QAM)
n-4. Gelombang kontinu (CW)
n-5. Rentang spektral gratis (FSR)
n-6. Multiplexing
n-7. Wavelength selective switching (WSS)
n-8. Amplifier serat doped (DFA, EDFA)
n-9. Tingkat simbol
n-10. Baud
n-11. Serat optik mode tunggal (SMF)
n-12. Diagram konstelasi
n-13. Tingkat kesalahan bit (BER)
n-14. Kesalahan vektor besarnya
n-15. Informasi timbal balik multivariat (MMI, GMI)
n-16. Koreksi kesalahan penerusan (FEC)
n-17. Kode pemeriksaan paritas kepadatan rendah (LDPC) Saya

juga menyarankan Anda melihat tautan ke robot lain di area ini yang digunakan dalam publikasi [l-1] .

---

06. Kata Penutup

Mencapai kecepatan transfer data sebesar 44,2 Tb / s (meskipun dalam praktiknya 39,0 Tb / s) adalah pencapaian yang mengesankan dalam sains modern.

Dan meskipun kita tidak mungkin dapat menggunakannya dalam waktu dekat, kemampuan untuk mentransfer data dengan kecepatan tinggi adalah salah satu dari beberapa bidang ilmu yang tidak membangkitkan orang awam dengan pertanyaan "mengapa Anda melakukan ini?" atau "bagaimana cara menerapkannya dalam kehidupan kita?".

Saya harap Anda tertarik. Terimakasih atas perhatiannya!

---

PS Jika Anda menemukan kesalahan ketik atau kesalahan dalam teks, beri tahu saya. Ini dapat dilakukan dengan menyorot bagian teks dan menekan " Ctrl / ⌘ + Enter ", jika Anda memiliki Ctrl / ⌘, atau melalui pesan pribadi . Jika kedua opsi tidak tersedia, tulis tentang kesalahan dalam komentar. Terima kasih!
PPS Saya akan sangat menghargai jika Anda menghabiskan 60 detik dan menjawab 2 jajak pendapat kecil di bawah ini. Terima kasih!