通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸更多信息的需求正持續(xù)爆發(fā)性增長(zhǎng),，利用新的技術(shù)來(lái)進(jìn)一步推動(dòng)數(shù)據(jù)速率顯得尤為關(guān)鍵,。

眾所周知，數(shù)據(jù)中心的運(yùn)作方式是在眾多的單個(gè)處理器和存儲(chǔ)庫(kù)之間高速傳輸大量信息,。以往,，這類(lèi)傳輸都采用電信號(hào)連接，但如今,，光通信更高的頻率和更低損耗可以使傳輸更快,、更有效。但可惜的地方在于,，光互連目前需要每個(gè)數(shù)據(jù)通道單獨(dú)的激光器,，因此它需要消耗大量的能量。

讓人驚喜的是,，近日一個(gè)國(guó)外聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)展示了一種硅基光通信鏈路,，它結(jié)合了兩種多路復(fù)用技術(shù),，可創(chuàng)建40個(gè)可同時(shí)移動(dòng)數(shù)據(jù)的光數(shù)據(jù)通道。這種新的芯片級(jí)光互連可以每秒傳輸約400Gb的數(shù)據(jù),，有望大幅改善數(shù)據(jù)密集型的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,。

模分復(fù)用器可將10種波長(zhǎng)中的每一種轉(zhuǎn)換成4種不同形狀的新光束,，從而創(chuàng)造出40通道光通信鏈路。（圖片來(lái)源：Stanford University）

在介紹這種新的光通信鏈路時(shí),，研究人員表示它主要是將美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)開(kāi)發(fā)的新型光子晶體諧振器的頻率梳光源與斯坦福大學(xué)研究人員設(shè)計(jì)的優(yōu)化模分復(fù)用器相結(jié)合,，從而實(shí)現(xiàn)了40個(gè)通道并行傳輸信息。每個(gè)頻道都可以用來(lái)攜帶信息,，就像不同的立體聲頻道或頻率可以對(duì)不同的音樂(lè)電臺(tái)進(jìn)行傳輸播報(bào)那樣,。

在整個(gè)過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)使用一個(gè)新穎的光子晶體諧振器和一個(gè)反向設(shè)計(jì)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用和模分復(fù)用,。

該方案的前半部分包括一個(gè)由五氧化鉭微米級(jí)環(huán)制成的頻率梳,，自由光譜范圍為400 GHz。頻率梳產(chǎn)生非常短暫的光脈沖,，在頻域中由大量狹窄的,、等間距的“梳齒”組成。

與此同時(shí),，斯坦福大學(xué)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)和建造了一個(gè)新的設(shè)備來(lái)進(jìn)行模分多路復(fù)用,。該設(shè)備通過(guò)將來(lái)自四個(gè)500 nm單模波導(dǎo)的光在一個(gè)1800 nm寬的波導(dǎo)中復(fù)用到多模光(電場(chǎng)的多個(gè)正交方向)來(lái)創(chuàng)建多個(gè)數(shù)據(jù)通道，然后在輸出端將其解復(fù)用回單模波導(dǎo),。這四個(gè)信道中的每一個(gè)單獨(dú)包含所有通過(guò)波分復(fù)用創(chuàng)建的信道,。

據(jù)介紹，研究人員通過(guò)在絕緣體上220nm厚的硅層上刻蝕非常精確的圖案來(lái)制造多路復(fù)用器和解路復(fù)用器,。他們使用一種反設(shè)計(jì),，包括迭代計(jì)算梯度來(lái)匹配器件結(jié)構(gòu)和期望輸出，從而計(jì)算出這些非直觀的介電常數(shù)分布——允許他們?cè)诒３州^小效率的同時(shí)最大化器件的效率,。

為了同時(shí)演示這兩種設(shè)備,，研究人員利用了連續(xù)波激光器泵浦頻率梳，只選擇10個(gè)產(chǎn)生的頻率通道,，并將它們集中到兩組,，以演示使用一對(duì)工作在10Gbit/s的強(qiáng)度調(diào)制器同時(shí)編碼。結(jié)合兩個(gè)數(shù)據(jù)通道(同時(shí)在它們之間引入延遲),，將它們放大并將功率分成四個(gè)不同的輸出,，然后將信號(hào)通過(guò)模分復(fù)用器和解復(fù)用器，然后用一個(gè)光接收機(jī)和兩個(gè)放大器測(cè)量輸出,。

研究人員使用分析儀來(lái)測(cè)量出錯(cuò)的頻率,。經(jīng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn),，在40個(gè)頻道中，有34個(gè)頻道的傳輸比特的錯(cuò)誤值不到萬(wàn)億分之一(1012),，其余6個(gè)通道錯(cuò)誤率則高達(dá)100億分之一,。因此，這種光通信鏈路的總體傳輸速率為400Gbit/s,，無(wú)錯(cuò)傳輸速率為340Gbit/s,。

這項(xiàng)新工作由賓夕法尼亞大學(xué)的Firooz Aflatouni、NIST的Scott B. Papp,、斯坦福大學(xué)的Jelena Vuckovic和中佛羅里達(dá)大學(xué)光學(xué)與光子學(xué)(CREOL)的Delfyett領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)共同完成,。它是DARPA光子學(xué)項(xiàng)目“極端可擴(kuò)展性包”(PIPES)的一部分，該項(xiàng)目旨在利用光極大地改善封裝集成電路的數(shù)字連接,，使用基于微梳的光源,。

除了改善互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸，這項(xiàng)新技術(shù)還可以用于制造更快的光學(xué)計(jì)算機(jī),，為人工智能,、機(jī)器學(xué)習(xí)、大規(guī)模仿真和其他應(yīng)用提供高水平的計(jì)算能力,。