Установлен новый рекорд передачи данных с использованием одного лазера и одного оптического чипа
Международная группа исследователей из Датского технического университета (DTU) и Технологического университета Чалмерса в Гётеборге, Швеция, добилась головокружительной скорости передачи данных и стала первой в мире, передающей более 1 петабита в секунду (Пбит/с), используя только один лазер и один оптический чип. 1 петабит соответствует 1 миллиону гигабит. Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics.
В эксперименте исследователям удалось передать 1,8 Пбит/с, что соответствует удвоенному общему глобальному интернет-трафику. И осуществляется только светом от одного оптического источника. Источником света является специально разработанный оптический чип, который может использовать свет от одного инфракрасного лазера для создания радужного спектра многих цветов, т. е. многих частот. Таким образом, одна частота (цвет) одного лазера может быть умножена на сотни частот (цветов) в одном чипе.
Все цвета зафиксированы на определенном расстоянии друг от друга по частоте — точно так же, как зубцы на гребне, — поэтому он называется частотным гребнем. Затем каждый цвет (или частоту) можно выделить и использовать для впечатывания данных. Затем частоты могут быть повторно собраны и отправлены по оптическому волокну, таким образом передавая данные. Даже огромный объем данных, как обнаружили исследователи.
Один единственный лазер может заменить тысячи
Экспериментальная демонстрация показала, что один чип может легко передавать 1,8 Пбит/с, что — с современным коммерческим оборудованием — в противном случае потребовало бы более 1000 лазеров.
Компания Виктора Торреса, профессор Технологического университета Чалмерса, возглавляет исследовательскую группу, разработавшую и изготовившую чип.
«Особенность этого чипа в том, что он производит гребенку частот с идеальными характеристиками для оптоволоконной связи — он обладает высокой оптической мощностью и охватывает широкую полосу пропускания в спектральной области, которая интересна для продвинутой оптической связи», — говорит Виктор Торрес.
Интересно, что чип не был оптимизирован для этого конкретного приложения.
«На самом деле некоторые характерные параметры были достигнуты случайно, а не по замыслу», — говорит компания Victor Torres. «Однако благодаря усилиям моей команды мы теперь можем реконструировать процесс и получить микрогребни с высокой воспроизводимостью для целевых приложений в телекоммуникациях».
Огромный потенциал для масштабирования
Кроме того, исследователи создали вычислительную модель для теоретического изучения фундаментального потенциала передачи данных с помощью одного чипа, идентичного тому, который использовался в эксперименте. Расчеты показали огромный потенциал масштабирования решения.
Профессор Лейф Катсуо Оксенлеве, глава Центра передового опыта кремниевой фотоники для оптических коммуникаций (SPOC) в DTU, говорит:
«Наши расчеты показывают, что с одним чипом, сделанным Технологическим университетом Чалмерса, и одним лазером мы сможем передавать до 100 Пбит/с. Причина этого в том, что наше решение является масштабируемым — как с точки зрения создавая множество частот и с точки зрения разделения частотной гребенки на множество пространственных копий, а затем их оптического усиления и использования их в качестве параллельных источников, с помощью которых мы можем передавать данные. Хотя копии гребенки должны быть усилены, мы не теряем качества гребень, который мы используем для спектрально эффективной передачи данных ».
Вот как вы упаковываете свет с данными
Упаковка света с данными называется модуляцией. Здесь используются волновые свойства света, такие как:
- Амплитуда (высота/сила волн)
- Фаза («ритм» волн, где можно сделать сдвиг, чтобы волна пришла либо немного раньше, либо немного позже, чем ожидалось)
- Поляризация (направления распространения волн).
Изменяя эти свойства, вы создаете сигналы. Сигналы могут быть преобразованы либо в единицы, либо в нули и, таким образом, использованы в качестве сигналов данных.
Снижает энергопотребление в Интернете
Решение исследователей служит хорошим предзнаменованием для будущего энергопотребления Интернета.
«Другими словами, наше решение дает возможность заменить сотни тысяч лазеров, расположенных в интернет-хабах и центрах обработки данных, которые потребляют энергию и выделяют тепло. У нас есть возможность внести свой вклад в создание Интернета, который оставляет меньший климат след», — говорит Лейф Катсуо Оксенлеве.
По словам Лейфа Катсуо Оксенлёве, несмотря на то, что исследователи преодолели петабитный барьер для одного лазерного источника и одного чипа в своей демонстрации, предстоит еще некоторая доработка, прежде чем решение можно будет внедрить в наши текущие системы связи.
«Во всем мире ведется работа по интеграции лазерного источника в оптический чип, и мы тоже над этим работаем. Чем больше компонентов мы сможем интегрировать в чип, тем эффективнее будет весь передатчик, т.е., лазер, микросхема для создания гребенки, модуляторы данных и любые элементы усилителя. Это будет чрезвычайно эффективный оптический передатчик сигналов данных», — говорит Лейф Катсуо Оксенлеве.
