44,2 Tb / s sobre fibra - como funciona?

Em 22 de maio de 2020, a Nature Communications publicou um artigo de cientistas representando instituições científicas e de pesquisa na Austrália, China e Canadá, intitulado "Transmissão de dados ópticos ultra-densos sobre fibra padrão com uma única fonte de chip".

Naturalmente, essa manchete não se encaixava em um grande público; portanto, nas notícias todos escreviam cerca de 44,2 Tb / s - o resultado alcançado (alguns não leram e TB / s apareceram nos títulos, mas o valor correto era terabits / s). Vamos descobrir juntos como isso foi feito e sobre o que os pesquisadores realmente escreveram.

Vamos começar!

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Índice

01. Resumos
02. Experiência
03. Resultados
04. Comparação com outros resultados
05. Links úteis
06. Posfácio

Vou tentar explicar os pontos principais do estudo, incluindo termos, dispositivos e assim por diante. Além disso, no final da minha publicação, haverá uma lista de links, através dos quais você pode ler mais.

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.

1-1. Transmissão de dados ótica ultra-densa sobre fibra padrão com uma única fonte de chip (OpenAccess)
1-2. Micro-pentes: Uma nova geração de fontes ópticas (OpenAccess)
l-3 Solitons baseados em microrressonador para comunicações ópticas coerentes em paralelo massivamente
l-4. Comunicações coerentes de alta ordem usando pentes Kerr de pulso escuro de modo bloqueado de microrressonadores (OpenAccess)
l-5. Relógio óptico de pente de frequência do microresonador (OpenAccess)

Pode ser útil (Wikipedia)

n-1. Pente de frequência
n-2. Soliton (óptica)
n-3. Modulação de amplitude em quadratura (QAM)
n-4. Onda contínua (CW)
n-5. Faixa espectral livre (FSR)
n-6. Multiplexação
n-7. Comutação seletiva de comprimento de onda (WSS)
n-8. Amplificadores de fibra dopada (DFA, EDFA)
n-9. Taxa de símbolos
n-10. Baud
n-11. SMF ( fibra óptica de modo único )
n-12. Diagrama de constelação
n-13. Taxa de erro de bit (BER)
n-14. Magnitude do vetor de erro
n-15. Informação mútua multivariada (MMI, GMI)
n-16. Correção de erro de encaminhamento (FEC)
n-17. Código de verificação de paridade de baixa densidade (LDPC) Eu

também recomendo que você consulte os links para outros robôs nesta área usados ​​na publicação [l-1] .

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06. Posfácio

Atingir uma taxa de transferência de dados de 44,2 Tb / s (mesmo que na prática seja 39,0 Tb / s) é uma conquista impressionante na ciência moderna.

E mesmo que seja improvável que possamos usá-lo em breve, a capacidade de transferir dados em alta velocidade é uma das poucas áreas da ciência que não suscita as pessoas comuns com a pergunta "por que você está fazendo isso?" ou "como aplicá-lo em nossa vida?".

Espero que você esteja interessado. Obrigado pela atenção!

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