【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，北京大學電子學院王興軍教授-舒浩文研究員團隊與華中科技大學武漢光電國家研究中心王健教授團隊合作，在國際學術(shù)期刊Nature Communications在線發(fā)表題為 “Exploiting a centrally powered coherent microcomb for lightweight optical transmission”的研究論文。在人工智能(AI)、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)與低空智能系統(tǒng)等新興場景中，數(shù)據(jù)流量呈指數(shù)級爆發(fā)，計算范式正從“中心化云端”向“分布式邊緣”深刻演變。一方面，復(fù)雜的動態(tài)環(huán)境要求邊緣節(jié)點(如基站、自動駕駛車輛、工業(yè)網(wǎng)關(guān))具備處理海量實時數(shù)據(jù)的能力；另一方面，邊緣設(shè)施的物理空間極度受限，對光傳輸系統(tǒng)的體積、功耗和集成度提出了嚴苛要求。
 

　　研究團隊在芯片尺度上證明了光載噪比(OCNR)、線寬與傳輸速率之間的制約關(guān)系，并實現(xiàn)了單波長1Tbps的傳輸能力。該工作進一步通過片上波形整形與半導(dǎo)體光放大器的協(xié)同集成，構(gòu)建了“芯片級并行載波發(fā)生器”，在將系統(tǒng)體積縮小百倍的同時實現(xiàn)了5Tbps的聚合傳輸容量，為“高容量、低功耗、微型化”的下一代邊緣計算光互連提供了全新的技術(shù)路徑。
 

光頻梳產(chǎn)生與單載波輕量化傳輸演示
 

　　本研究主要驗證了微腔光梳在標準通信場景下的性能。實驗利用自注入鎖定(SIL)微光梳中間功率最高的16根梳齒作為載波，分別進行了兩種傳輸測試。首先是在一公里短距離的“自零差”系統(tǒng)中，單通道實現(xiàn)了110 Gbaud DP-32QAM的超高速率，單波長凈速率突破1Tbps。其次是更接近實際城域網(wǎng)應(yīng)用的160公里長距離“零差”傳輸，采用70 Gbaud DP-16QAM調(diào)制，實現(xiàn)了約8.96Tbps的總?cè)萘?。對比實驗結(jié)果表明，相比于線寬約10kHz的高性能商用外腔激光器(ECL)，該微光梳由于具有極窄的線寬(<600Hz)，在長距離傳輸后表現(xiàn)出更低的誤碼率和更小的光信噪比(OSNR)代價，證明了其在對抗光纖非線性效應(yīng)和相位噪聲方面的優(yōu)勢。
 

空分復(fù)用(SDM)大容量傳輸演示
 

　　本研究通過增加空間維度來極大提升傳輸容量，模擬分布式邊緣節(jié)點的流量聚合。實驗核心是利用一根兩公里的24芯多芯光纖(MCF)配合16個波長的微光梳信號，實現(xiàn)了高達215.04Tbps(凈速率約200Tbps)的總傳輸速率，這是目前基于片上光源在C波段實現(xiàn)的最高記錄。此外，實驗還展示了模分復(fù)用(MDM)的能力，分別在25公里的少模光纖(FMF)中傳輸LP模態(tài)，以及在50米的環(huán)形芯光纖(RCF)中傳輸軌道角動量(OAM)模態(tài)。這證明了該微光梳光源能夠兼容各種特種光纖技術(shù)，通過“波長+空間+模態(tài)”的多維復(fù)用，在不增加波長資源的情況下大幅擴展系統(tǒng)容量。
 

集成輕量化傳輸演示
 

　　為了滿足邊緣計算“輕量化”需求而構(gòu)建的微型化系統(tǒng)，實驗去除了傳統(tǒng)實驗中體積龐大的波長選擇開關(guān)(WSS)和摻鉺光纖放大器(EDFA)，替換為集成的硅光波形整形芯片(IWC)和半導(dǎo)體光放大器(SOA)。雖然集成的SOA和IWC相比臺式設(shè)備引入了更高的插損和噪聲(特別是SOA的ASE噪聲)，但得益于SIL微光梳本身極高的相干性和信噪比，系統(tǒng)仍能“扛住”這些惡化。最終，該芯片級系統(tǒng)在10公里傳輸中成功實現(xiàn)了5.12Tbps的聚合速率(40 Gbaud DP-16QAM)，并將系統(tǒng)物理尺寸縮小了約100倍，驗證了其在緊湊型邊緣設(shè)備中部署的可行性。
 

　　本論文的共同第一作者為北京大學電子學院博士生韓君豪，華中科技大學博士生顏國鋒、李康，北京大學電子學院博士后沈碧濤，舒浩文。舒浩文、王興軍、王健為本文共同通訊作者。北京大學電子學院博士生王藝蒙、華中科技大學博士生張宇辰、北京大學電子學院博士生肖炯、北京大學電子學院博士生吳一晨、北京大學電子學院博士生常華墐、華中科技大學博士后蔡成坤、北京大學電子學院博士后張緒光為本文作出重要貢獻。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國博士后創(chuàng)新人才支持計劃、湖北省自然科學基金以及湖北光學基礎(chǔ)學科研究中心創(chuàng)新基金等項目的資助與支持。