Ученые разогнали данные до терабитов — но выдержат ли это сети

Вычислительные кластеры нового поколения, обслуживающие крупные системы искусственного интеллекта, нуждаются в оптических соединениях с экстремально высокой пропускной способностью.

Для электронно-фотонных интегрированных систем ключевую роль играют высокоскоростные электрооптические преобразователи, способные работать в условиях высокой интеграции. Перспективным элементом считаются микрокольцевые модуляторы (МКМ) — компактные и энергоэффективные устройства.

Однако их развитие ограничено рядом проблем: сильной частотной зависимостью, динамической нелинейностью и недостаточным пониманием когерентной динамики. Это сужает область применения МКМ в основном до каналов с прямой модуляцией интенсивности, которые малоэффективны с точки зрения спектра, сообщает Nature.

В работе детально исследована когерентная динамика многолучевых решёток и предложено использовать фазу как дополнительное измерение для повышения скорости передачи данных в современных форматах модуляции.

Показано, что фазовая и интенсивная модуляции многолучевых решёток демонстрируют различную, но взаимосвязанную динамику, что усложняет их прямое использование в модуляции более высокого порядка. Р

ешением стала интеграция пары модуляторов добротности в интерферометр Маха-Цендера по схеме "тяни-толкай". Такой подход обеспечивает бистабильную фазовую характеристику и амплитудную модуляцию без чирпа.

Кроме того, амплитудно-частотная характеристика устройства оказалась более устойчивой к частотной отстройке, чем у традиционных модуляторов добротности, без резких пиков около резонанса.

На основе сверхбыстрой когерентной динамики был разработан и экспериментально продемонстрирован сверхкомпактный внутрифазовый/квадратурный модулятор с ультраширокой полосой пропускания на кремниевом чипе, изготовленном в дополнительном фотонном процессе, совместимом с металлом, оксидом и полупроводником (CMOS).

Достигнута рекордная плотность полосы пропускания свыше 5 Тбит/с/мм, обеспечена когерентная передача со скоростью до 180 Гбод и чистая скорость передачи данных более 1 Тбит/с на расстоянии 80 км, при энергопотреблении всего 10,4 фДж/бит.