Фотонная платформа передала 81,92 Тбит/с на 1 км и 184 Гбит/с на 4400 км

Для коротких соединений обычно применяют передачу с модуляцией интенсивности света и прямым детектированием. Такой подход проще и дешевле, но ограничен по спектральной эффективности. В магистральных сетях используют когерентную передачу: приёмник анализирует не только интенсивность, но и фазу сигнала. Это позволяет применять более сложные схемы модуляции и передавать больше данных.

Разные принципы работы затрудняют объединение коротких и протяжённых линий. При переходе между сетевыми сегментами могут понадобиться преобразование оптического сигнала в электрический и обратно, дополнительные вычисления и регенерация. Новая система объединяет оба подхода в одной архитектуре.

Как устроена фотонная платформа и что показали испытания

В основе разработки лежит гибридный лазер с внешним резонатором. Усиливающую часть сделали из фосфида индия, а резонатор изготовили из нитрида кремния с очень низкими потерями. Конструкция обеспечивает высокую мощность излучения и узкую спектральную линию. Лазер выдаёт до 70 мВт оптической мощности, его ширина линии составляет менее 1 кГц, а максимальная эффективность преобразования электрической энергии в оптическую достигает 13,7%. Длину волны можно перестраивать в диапазоне до 102 нм. Передатчик и приёмник на кремниевой фотонике включают модуляторы и фотодетекторы.

На линии длиной 1 км исследователи использовали 256 каналов с разными длинами волн. Каждый передавал данные со скоростью 320 Гбит/с, а совокупная пропускная способность составила 81,92 Тбит/с. Для передачи применили двухполяризационную модуляцию DP-16QAM со скоростью 40 Гбод. Мощности лазера хватило, чтобы обойтись без оптических усилителей на всей испытательной линии.

В отдельном тесте сигнал прошёл 4400 км по линии с оптическими усилителями при скорости 184 Гбит/с на канал и модуляции QPSK. При переходе на 16QAM система обеспечила 368 Гбит/с на расстоянии 1375 км.

Платформа быстро переключается между каналами: лазер менял длину волны менее чем за 5 мкс, а передача данных возобновлялась за 14 мкс. Оптическая мощность стабилизировалась примерно за 58 мкс, но ждать этого не требовалось. Такое переключение может помочь перераспределять трафик между каналами при изменении нагрузки.

Разработка пока остаётся экспериментальной демонстрацией. По словам авторов, для дальнейшего роста скорости понадобятся более быстрые модуляторы, снижение потерь в передающей части и улучшенная интеграция компонентов. Авторы рассматривают применение когерентной кремниевой фотоники в магистральных сетях и коротких соединениях, в том числе внутри крупных вычислительных и ИИ-кластеров.