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单通道200Gb/s硅基调制器光互连

摘要:北京大学信息科学技术学院电子学系、区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室张帆教授课题组在硅基调制器光互连领域取得突破性进展。他们基于一款常规的硅基电光强度调制芯片,实现了单通道200 Gb/s传输速率的短距光互连系统。

       ICCSZ讯 据爱光学公众号报道,随着5G、云计算、虚拟现实、高清视频等宽带业务的发展,人们对光纤通信承载海量信息的能力提出了更高的要求。大数据时代75%以上的数据流量产生在数据中心内部。如何实现低成本、高速率的数据中心光互连成为学术界和工业界亟待解决的关键问题。硅基材料的电光调制器由于具有成本低、尺寸小、可批量化生产、CMOS工艺兼容等优点,成为未来高速光互连非常有竞争力的解决方案。但是受器件带宽限制,强度调制的硅基电光调制器通常只能工作在100 Gb/s(1 Gb/s=109比特/秒)速率水平。下一代数据中心光互连亟需将单通道速率从当前的100 Gb/s升级到200 Gb/s。

       图1 (a)硅基光调制示意图;(b)硅基调制器显微图;(c)硅基调制器带宽测试图。

       张帆教授团队基于一款带宽只有22.5 GHz的常规硅基强度调制器,成功演示了80 Gbaud六电平脉冲幅度调制(PAM-6)光信号产生,构建了单通道最大速率200 Gb/s、传输距离1km的硅基短距超高速光互连系统(如图1)。这一研究成果创造了硅基强度调制器光互连最高速率纪录。他们还实现了176 Gb/s速率PAM-4 信号2 km硅基光互连,取得了常规硅基强度调制器2km光互连最高速率。针对常规硅基电光调制器带宽不足的缺点,他们发展了一套适用于低成本硅基光调制芯片的数字信号处理技术,如图2所示,在发射端对信号进行奈奎斯特滤波整形,以降低高速光互连对器件带宽的要求;在接收端数字信号处理(DSP)中采用基于最小二乘法(RLS)的时域均衡降低符号间串扰,之后引入数字后滤波器(Post filter)和最大似然序列检测(MLSD)算法,抑制均衡增强的高频带内噪声,有效弥补了器件带宽不足的限制。该研究表明硅基强度调制器在单通道200 G数据中心光互连方面具有巨大潜力。

       图2 (a)实验结构图与发射接收端数字信号处理算法;(b)时域RLS均衡、数字后滤波器、最大似然检测的算法流程图;(c)不同数字信号处理阶段的信号和噪声谱示意图。

       该研究成果前期工作在2019年3月美国举行的国际光纤通信会议(Optical Fiber Communication Conference, OFC)上作为PDP(Post-deadline paper)论文发表。该研究工作扩展成为期刊论文,以“Toward Single Lane 200G Optical Interconnects with Silicon Photonic Modulator”为题,于2019年9月在线发表在IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology(DOI:10.1109/JLT.2019.2944762 )上。北京大学博士生朱逸萧为第一作者,张帆教授为通讯作者。相关研究工作受到国家自然科学基金重点项目和国家重点研发计划支持。

       期刊论文链接:https://ieeexplore.ieee.org/document/8853296

       会议论文链接:https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=OFC-2019-Th4A.6

内容来自:爱光学
本文地址:http://www.iccsz.com//Site/CN/News/2020/01/17/20200117095927095417.htm 转载请保留文章出处
关键字: 200G 硅基
文章标题:单通道200Gb/s硅基调制器光互连
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