光纤现在是提供互联网连接最快、最可靠的技术。数据通过快速传播的光脉冲传输，这些光脉冲在光纤电缆的壁上反弹，从而使信号在较少衰减的情况下传播得更远。然而，光纤数据传输受到色散的影响，或者由于光纤中的损伤而导致的信号退化。这导致不同波长的光以不同的速度传播，随着时间的推移传播信号并产生误差。
色散补偿方法可以克服这个问题，片上器件特别有前途，因为它们可以放入收发器中以增加信号范围。虽然片上色散器件存在，但没有一个证明了高速数据的色散补偿。这就是新加坡科技与设计大学(SUTD)光子器件与系统小组的研究人员在Tan副教授的带领下，试图弥补的差距。
许多集成色散器件是可能的，但光栅似乎最有前途的，由于其有利的传输和相位特性。以光栅为专业，Tan副教授和她的团队开发了一种突破性的色散器件，并将他们的研究结果发表在《先进光子学研究》的论文《氮化硅芯片上高速数据的慢光色散补偿》上。他们的论文被选为6月刊的内页，这标志着这种新型装置的应用前景广阔。
“多年来，我们的团队一直致力于各种应用的光栅。例如，我们已经将光栅用于慢光、光放大器和孤子。我们在光栅设计和开发方面的经验，以及我们与业界的互动，帮助我们解决了当前高速数据传输的痛点。”
她的研究小组设计并展示了一种低损耗、互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容的氮化硅光栅装置，用于高速数据的色散补偿。他们在创造这种设备时设定的标准有三个:高色散，低数据丢失，以及片上集成所需的小尺寸。
现有的色散器件产生高色散，数据丢失高，而允许低数据丢失的器件不产生高色散。一种既能做到这两点又能集成到芯片上的设备将是数据传输技术的重大进步。为了解决这个问题，研究人员设计了两个光栅装置——一个具有434纳米的单光栅间距(单光栅装置;SGD)和另一种具有434和440纳米两个不同间距的重叠光栅(重叠光栅装置;OGD)。
SGD和OGD的透射光谱相似。两个光谱处的阻带在光栅中诱导出正向和反向传播模式。这些模式相互作用并产生慢光效应，即光脉冲速度的降低。慢光效应随波长变化迅速，产生高色散区域。由于器件独特的色散机制，即使在高色散的情况下，对数据丢失的影响也很小。
“在这项研究中，SGD和OGD都可以以最小的损失补偿长光纤(长达20公里)的色散。此外，这两种器件都提高了纠错性能，将误码率从5x10-1降低到1x10-10，降低了9个数量级，”SUTD博士候选人、该论文的第一作者Kenny Ong说。
OGD还可以提供对动态色散补偿有用的色散值范围。“使用热光调谐，人们可以动态控制OGD来补偿不同幅度的色散，或者与不同光纤长度相关的色散，”Tan补充说。
这可以简化色散补偿系统在不同的光通信系统中使用，并有助于减少温度或光纤应力对数据传输的影响。由于OGD的色散分布可以随着波长的微小变化而改变，因此需要更小程度的热光学调谐(即更少的功率)来实现所需的色散。
将SGD和OGD集成到商用收发器中，无论是在发射器还是接收器芯片中，都是可能的和有利的。这些器件与CMOS制造兼容，可以集成在收发器芯片中，从而实现更广泛的光纤覆盖范围和更高的数据速率。
“这些设备最适合用于数据中心通信的收发器。该行业对成本和功耗敏感，通常不使用数字信号处理进行数据校正。”
目前，她希望与行业伙伴合作，将这种新型光栅设备商业化。她提到，理想的合作伙伴关系是与一家生产收发器的公司合作，因此色散补偿装置可以集成到他们的芯片中，以提高其性能。
在未来的研究中，她计划提高设备的色散性能，并研究它们可以支持的数据速率和光纤长度。她的团队也在研究微调机制，为光栅创造新的设计，并在其他应用中使用光栅。
更多信息:Kenny Yong Keng Ong等，氮化硅芯片上基于慢光的高速数据色散补偿，Advanced Photonics Research(2023)。DOI: 10.1002 / adpr.202200290引文:研究基于芯片的色散补偿更快的光纤互联网(2023年，6月29日)检索自https://techxplore.com/news/2023-06-chip-based-dispersion-compensation-faster-fiber.html。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
