該芯片基于成熟的8英寸絕緣體上硅(SOI)工藝制造，具備優(yōu)異的規(guī)?；a潛力和產業(yè)化前景。相關研究成果以“A 4×256 Gbps silicon transmitter with on-chip adaptive dispersion compensation”(具有片上自適應色散補償功能的 4×256 Gbps 硅基發(fā)射機)為題，發(fā)表在《Nature Communications》(《自然·通訊》)上。
 

　　研究背景
 

　　波分復用(WDM)技術通過多波長并行傳輸顯著提升光模塊總帶寬，但隨著WDM系統(tǒng)中邊緣波長逐漸偏離光纖零色散波長點以及單波調制速率的快速提升，光纖色散已成為制約高速光通信發(fā)展的核心瓶頸。這一挑戰(zhàn)在基于粗波分復用(CWDM)的光通信系統(tǒng)中尤為突出：1271 nm工作波長處的單模光纖色散系數(shù)達到-2.36至-4.96 ps/nm/km，嚴重限制了調制信號的傳輸距離。在單波100 Gbps的400GBASE-LR4-6應用中，1271 nm波長處調制信號傳輸距離僅為6 km；在單波200 Gbps的800GBASE-FR應用中，傳輸距離進一步縮短至2 km。面對這一技術瓶頸，正在制定的IEEE 802.3dj規(guī)范被迫放棄CWDM方案，轉而采用LAN-WDM方案中8個低色散系數(shù)波長來實現(xiàn)單波200 Gbps信號10 km傳輸。然而，隨著通信容量需求的爆發(fā)式增長，低色散系數(shù)波長范圍內有限的信道數(shù)量將無法滿足未來需求，對高色散波長進行有效色散補償已成為行業(yè)亟待解決的關鍵技術難題。
 

　　創(chuàng)新成果
 

具有色散補償功能的發(fā)射機示意圖和工作原理
 

　　針對這一產業(yè)核心痛點，本工作首創(chuàng)性地提出并成功實現(xiàn)了具有自適應色散補償功能的硅基MZM發(fā)射機(圖1)，為解決光通信傳輸瓶頸提供了革命性的技術方案。該發(fā)射機通過創(chuàng)新集成由1?2馬赫-曾德爾干涉儀(MZI)構成的可調分光器，實現(xiàn)了業(yè)界首個通過簡單調節(jié)MZM上下兩路輸入光功率比例來精確控制輸出信號啁啾特性的技術突破，能夠動態(tài)生成與光纖色散特性完美匹配的預啁啾調制信號。實驗驗證表明，該突破性方案實現(xiàn)了MZM小信號啁啾參數(shù)在[-1,1]范圍內的連續(xù)精準調節(jié)，完美滿足了O波段WDM系統(tǒng)色散補償?shù)膰揽烈?。更為重要的是，在光纖色散系數(shù)高達-3.99 ps/nm/km的1271nm高色散工作波長下，本工作研制的硅基光發(fā)射機在無需高功耗預加重處理的前提下，成功實現(xiàn)了4通道256 Gbps PAM-4信號5 km傳輸和4通道200 Gbps PAM-4信號10 km傳輸，誤碼率均優(yōu)于6.7%開銷的前向糾錯(FEC)硬判決閾值(圖2)。
 

發(fā)射機的4通道256 Gbps PAM-4傳輸結果
 

　　該器件具備覆蓋1271-1340 nm全波段的色散補償能力，為下一代1.6 Tbps數(shù)據(jù)中心光互連提供了低功耗、高兼容性的核心光電器件解決方案，不僅突破了傳統(tǒng)CWDM系統(tǒng)的傳輸距離限制，更為充分利用有限的光譜資源、推動超高速光通信技術的產業(yè)化應用奠定了堅實基礎。這一技術創(chuàng)新具有重要的產業(yè)推動價值和廣闊的應用前景，將為全球數(shù)據(jù)中心和光通信行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供關鍵技術支撐。