[科技界] ​特制芯片新技术,一秒内能下載千部电影 协助刷新光纤传输频谱效率

随着新冠肺炎疫情在世界范围内的爆发，人们通过网络交流更加频繁，因此网络连接变得尤为重要。随着5g时代的到来，人们对网速的要求越来越高。由于光纤传输网络是技术的关键，研究人员一直致力于研究传输速度更快的光纤数据传输技术。最近，包括香港城市大学(CUHK)科学家在内的一个国际研究小组通过配备特殊芯片的新技术，创造了光纤传输频谱效率的新世界纪录。更神奇的是，这种技术仅用一个集成光子芯片就能达到极快的网速:一秒钟就能下载1000套高清电影！

据报道，研究小组的研究人员来自澳洲、加拿大、Mainland China和香港。其中，史文朋理工大学的大卫·莫斯教授负责领导这项研究；朱士德博士，香港城市大学物理系副教授，主要负责开发技术所需的关键芯片；莫纳什大学的比尔·科克伦博士和大卫·莫斯教授一样，是这篇论文的合著者。这个跨国研究团队还包括皇家墨尔本理工大学的arnan mitchell教授；加拿大国家科学研究所能源、材料与通信研究所的roberto morandotti教授等。

朱博士是集成光学电路元件开发专家，从事相关研究已有30余年。这项技术中使用的芯片是由他和中国科学院Xi光学与精细机械研究所的布伦特·利特尔博士共同设计和制造的。

专用芯片内部的主要结构是一个微环谐振器，可以产生一个光频叫做微梳(即频谱上的频率线等间距，像一个梳)。通常一个微梳可以代替几十个不同波长的激光源。换句话说，集成芯片中的微环谐振器可以为超高速光传输提供足够的信号载体。

这种特殊芯片的特殊之处在于它可以产生独特的微梳光孤子晶体。朱博士解释说，所谓的光孤子实际上是微梳的时域表示，微梳是一种在光纤中传播的光脉冲，可以长时间保持其形状、振幅和速度不变。微环谐振腔能够产生非常稳定的光孤子信号，这对实现长距离高速光信号传输至关重要。

由于这些光子芯片需要制造精度很高，必须在香港城市大学的实验室进行筛选和测试，以确保能够产生光孤子晶体，然后由合作研究团队将其作为激光源嵌入到光学结构器件中，用于高速光纤传输测试。

事实上，根据目前的传输技术，每个激光源只能发出特定波长的激光传输信号。要产生80个不同波长的激光，需要80个激光源，而我们研制的集成光子芯片，只需要一个激光源。因为当激光通过带有微环谐振腔的集成光子芯片时，经过调整后会产生光孤子晶体，进而导出80种不同波长的光波。朱博士说。而且这80种不同波长的光波都是光孤子晶体的脉冲，非常稳定，成功替代了目前传输技术所需的平行激光源，非常适合长距离光纤传输。

事实上，研究小组不仅在实验室进行了测试，还将该技术应用于澳大利亚墨尔本莫纳什大学和皇家墨尔本理工大学校园之间总长超过75公里的单芯光纤的现场信号传输测试。实验结果表明，经过75公里以上的传输，频谱效率仅略有下降，证明信号传输稳定。与使用单芯片的同类技术相比，新技术的频谱效率(即每秒每单位带宽可以传输多少数据)比以前的记录高出3.7倍，是该技术发布时世界上最快的记录。还值得一提的是，新技术的网速比之前的纪录提高了近50%，达到了每秒44.2(相当于每秒5,525 gb)，这意味着一秒钟可以下载1000套高清电影。

朱博士还说，我们现场测试使用的光纤是光纤传输网络市场上常用的c波段光纤。如果使用其他带宽更宽的光纤，相信可以加快数据传输速度，可以提高两到三倍。

更重要的是，该团队开发的技术也可以应用于多芯光纤。多芯光纤是指将多根光纤平行组装形成多个传输通道。如果结合团队的单片机设备，可以加快数据传输速度。此外，专用芯片中使用的微梳技术不仅可以应用于光纤通信领域，还可以应用于精密光谱测量、传感器、量子测量等领域。