文章 https://doi.org/10.1038/s41467-025-61288-
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用于超 Tb/s 光链路的集成多端口多波长相干
光源
收到日期:2024 年 7 月 11
日
接受日期:2025 年 6 月 8
日
检查更新
Ali Pirmor adi 1、Ji zhao Zang 2,3、Kais arbek Omirza khov 1、Zhehao
Yu 1、Yan Jin 2,3、
通过在高效的光频率梳之后放置具有超低功耗的集成解复用器而形成的基于微
梳的源在数据中心和人工智能系统的许多大规模光链路中发挥着关键作用。在
这里,我们展示了一种基于克尔微梳的多波长多端口源,随后是一个单片集成
的解复用器,它可以自主锁定并跟踪梳状线。实现了基于 Mach-Zehnder 干涉仪
和环形谐振器的波长解复用器,使用静态功耗为零的电容光移相器和模式间距
为 200 GHz、效率为 53%的孤子微梳实现。使用单个控制单元顺序控制所有移相
器,总解复用器功耗为
实现了 2.4 mW,这对应于数据速率为 32 Gb/s/通道的 8 通道和 32 通道系统分
别记录的 10fJ/b 和 2.5 fJ/b 的解复用器能耗,与热调谐的最先进系统相比,
显著提高了解复用器的能效。
波分复用(WDM)是光通信系统中广泛采用的技术,用于通过在单根光纤
上使用多个波长信道同时传输数据。多载波光源是 WDM 系统的重要组成部
分。多载波光源的光谱纯度、载波数量、波长稳定性、均匀性和能量效
率直接影响链路的关键性能指标,如聚合门数据速率、误码率(BER)、
距离和能量效率。
产生孤子的克尔微谐振器频率梳已经用于光收发器 1-10 中,它们提
供了几个优点,从在小尺寸中增加数据容量到增强信号稳定性 11,12。
通过激光泵浦由非线性介质制成的高品质因数微谐振器,克尔效应可用
于产生光频率梳,其中在单个光通道内形成一系列等距间隔的光载波或
梳状线/模式 13。等间距相干梳状线
具有窄线宽,使它们成为光收发器中的光载波的良好候选,通过在 WDM 方
案中引入许多并行通信信道来显著提高总数据速率 14。此外,由于克尔
微谐振器的小占地面积,利用这种器件的收发器可以实现高面积带宽密
度。克尔微谐振器提供的高频谱效率在对高带宽应用需求不断增长的场
景中尤其有益,如人工智能系统、云计算、视频流和 5G-XG 网络 15-19。
此外,克尔孤子微梳通常对外部扰动具有弹性,并且可以增强传输信号
20 的整体稳定性,这导致改进的系统性能和更高的传输可靠性。
在 WDM 发射机中,在多载波内生成的载波
源通常被分离、单独调制和组合以形成发射机输出。图 1a 显示了一个简
化的方块
1 美国宾夕法尼亚大学电气与系统工程系。2 美国科罗拉多州博尔德国家标准与技术研究所(NIST)时间和频率部。3 美 国科罗拉多大学物理系。电子邮件:fi
rooz@seas.upenn.edu
自然通讯| (2025)16:6387 1