发现可以降低高速互联网连接的成本和能源

德克萨斯大学阿灵顿分校和佛蒙特大学的突破性研究可以大大降低高速互联网连接的成本和能耗。

非线性光学效应(例如依赖于强度的折射率)可用于处理数据的速度比电子方式快几千倍。迄今为止,这种处理仅对一个光束起作用,因为当存在多个光束时,非线性光学效应也引起不希望的光束间相互作用或串扰。

UTA电气工程教授迈克​​尔·瓦西里耶夫(Michael Vasilyev)与UVM数学教授塔拉斯·拉科巴(Taras I. Lakoba)合作在自然通讯杂志上发表的一篇文章,详细介绍了多光束光学介质的实验演示。光可以自动修正自己的形状而不会相互影响。

这项工作由美国国家科学基金会资助,可以通过单个设备同时对多个光束进行非线性光学处理,而无需将其转换为电气形式,从而为该技术达到其每秒多太比特的电位开辟了道路,从而导致更便宜,更节能的高速互联网通信。

目前,为了消除光通信链路中光传播过程中积累的噪声,电信运营商必须采用频繁的光电再生技术,通过快速光电探测器将光信号转换为电能,用硅基电路处理,然后将电信号转换回来。光学,使用激光,然后是电光调制器。由于每根光纤可以承载各种波长的一百多种不同信号,称为波分复用(WDM),因此需要针对每个波长单独进行这种光电子再生,使再生器成为大型,昂贵且低效的电力消耗者。

对此有吸引力的替代方案是直接处理光信号,而不将其转换为电气和背面。特别地,通过光强度的变化可以略微改变在透明介质中传播的光的速度。这是称为“自相位调制”或SPM的非线性光学效应的表现。如果光同时包含信号和噪声,则SPM可以通过将噪声能量分散到信号频带以外的频率来帮助清除噪声信号,从而可以通过滤波器轻松消除噪声。当应用于包含有用数据的光时,这种启用SPM的噪声消除操作被称为“全光再生”,这可以导致信号的光学自动校正,其数据速率比可以电子处理的速率快数百倍。

然而,通信系统中全光再生的采用受到其无法使用WDM信号的阻碍。这是因为在存在多个信号波束或WDM信道的情况下,期望的SPM总是伴随着两个不期望的效果:交叉相位调制,其中一个信道的强度修改另一个信道的传播速度,以及四波混合,其中相互作用几个通道导致干扰其他通道。

在他们发表的文章中,Vasilyev及其同事报告了一种新的群延迟管理非线性光学介质的实验演示,其中在没有这种信道间干扰的情况下实现了强SPM效应。将传统的非线性介质(例如光纤)分成由特殊周期群延迟滤波器分隔的几个短段,产生一种介质,其中相同WDM信道的所有频率分量以相同的速度传播,从而确保强SPM。不同的WDM信道以不同的速度传播,这极大地抑制了任何信道间的交互。

“我们新的非线性介质使我们能够通过单个设备同时显示16个WDM通道的全光再生,而且这个数字仅受到我们实验室的后勤限制的限制”Vasilyev说。“这项实验开辟了在不增加成本的情况下将频道数量扩展到一百多个的机会,所有这些都在书本大小的设备中进行。”

如果非线性光学介质可以在微芯片上实现,则多通道再生器甚至可能在未来缩小到火柴盒的尺寸。

“这一突破是UTA研究人员如何在数据驱动的发现和全球环境影响领域积极影响社会的物质和经济福祉的一个例子,UTA战略计划2020大胆解决方案的主题|全球影响力,”Jonathan说。 Bredow,UTA工程学院电气工程系教授和主席。

“之前实施非线性光学处理的努力,例如再生,未能产生影响,因为由于无法使用多个通道而使用电信号没有任何优势。现在Vasilyev博士的小组已经克服了这个问题。障碍,有更快的,更有效的信息传输的新的可能性,“布雷多说。