Гонки по оптоволокну. Немыслимые скорости данных.

Источник. 

В этом открытии странно всё. Его грандиозность ‒ конечно же. Его невероятность ‒ тем более, а ещё ‒ его величество случай, благодарить который не устанет всё мировое научное сообщество, столь многим ему обязанное.

Итак, международная группа исследователей, состоящая из представителей Датского технического университета (DTU) и Технологического университета Чалмерса (Гётеборг, Швеция), добилась передачи данных на скорости более 1 петабита в секунду (Пбит/с).

Для справки: 1 петабит ‒ это примерно миллион гигабит. Это довольно много ‒ особенно, если учесть, что это чуть меньше, чем общий глобальный интернет-трафик на планете.

Впечатляет, не так ли? Однако, это ещё не всё: за формулировкой «более 1 петабита в секунду» на самом деле скрываются показатели скорости в 1.8 Пбит/с. Это почти два глобальных трафика ‒ в секунду. Причём достигается это всего лишь одним оптическим чипом и одним же лазерным лучом.  

Для этого пришлось разработать тот самый оптический чип. Его изюминка в том, что он может использовать свет от одного ‒ инфракрасного ‒ лазера для создания спектра многих цветов (а значит ‒ и частот). Таким образом, одна частота (цвет) одного лазера может быть умножена на сотни частот (цветов) в одном чипе, который и будет источником «информационного» света.

Представьте себе обыкновенную плоскую расчёску. Пусть это будет наш полный частотный спектр, а её зубцы – используемые частоты: на них, на определённом удалении друг от друга, закреплены все цвета. Получившийся у нас спектр называется частотным гребнем, каждый зубец (то есть цвет или частоту) которого можно выделить и использовать для впечатывания данных. Затем частоты могут быть повторно собраны и отправлены по оптическому волокну.

Один единственный лазер может заменить тысячи

Экспериментальная демонстрация показала, что один чип может легко передавать 1,8 Пбит/с, что, по меркам нынешних возможностей, потребовало бы более 1000 лазеров.

По словам Виктора Торреса, профессора Технологического университета Чалмерса, который возглавляет исследовательскую группу, разработавшую и изготовившую чип, его особенность в том, что «он производит гребёнку частот с идеальными характеристиками для оптоволоконной связи ‒ обладает высокой оптической мощностью и охватывает широкую полосу пропускания в спектральной области, которая интересна для продвинутой оптической связи».

Но тут же профессор признаёт, что чип не оптимизировался для этого конкретного применения изначально:

«На самом деле некоторые характерные параметры были достигнуты случайно, а не по замыслу, ‒ говорит он. ‒ Однако благодаря усилиям 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. Анализ показал огромный потенциал масштабирования решения.

Об этом же говорит и глава Центра передового опыта кремниевой фотоники для оптических коммуникаций (SPOC) в DTU, профессор Лейф Катсуо Оксенлеве:

«Наши расчёты 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, так и с точки зрения разделения частотной гребёнки 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 гребёнки должны быть усилены, мы не теряем качества гребня, который мы используем для спектрально эффективной передачи данных».

Вот как вы упаковываете свет с данными

Влияние данных на свет проявляется в виде эффекта, известного как модуляция, в которой можно выделить несколько основных физических параметров волны ‒ амплитуду, фазу и поляризацию. Изменяя эти свойства, вы создаёте сигналы, которые могут быть преобразованы либо в единицы, либо в нули и, таким образом, использованы в качестве сигналов данных.

Снижает энергопотребление в Интернете

Сами исследователи видят в своём детище предзнаменование для будущей энергоэффективности Интернета.

«Наше решение даёт возможность заменить сотни тысяч лазеров 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 климатический след», ‒ заявляет профессор Оксенлеве.

Однако несмотря на то, что исследователи преодолели петабитный барьер для одного лазерного источника и одного чипа в своей демонстрации, им предстоит ещё немало поработать, прежде чем решение можно будет внедрить в имеющиеся сегодня системы связи.

«Во всём мире ведётся 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, то есть лазер, микросхема для создания гребёнки, модуляторы данных и любые элементы усилителя. Это будет чрезвычайно эффективный оптический передатчик сигналов данных», ‒ подводит итог Лейф Катсуо Оксенлеве.

Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics.

АРМК, по материалам Phys.org.