新型芯片級光學無線系統(tǒng)實現(xiàn)362 Gbps速率，能耗更低

一種基于芯片的新型光學無線系統(tǒng)利用光實現(xiàn)了362 Gbps的速度，提供了更快、更高效的連接。

研究人員開發(fā)出了一種芯片級光學無線系統(tǒng)，與傳統(tǒng)Wi-Fi相比，該系統(tǒng)能以更低的能耗實現(xiàn)超高速數(shù)據(jù)傳輸。

該技術使用光而非無線電波，為緩解擁擠無線網(wǎng)絡的壓力提供了新途徑。隨著視頻通話、流媒體和各類聯(lián)網(wǎng)設備對現(xiàn)有基礎設施造成沉重負擔，無線網(wǎng)絡需求持續(xù)激增。

當前系統(tǒng)依賴射頻技術，但射頻在帶寬、抗干擾和功耗方面存在局限，尤其在人員密集的室內(nèi)環(huán)境中更為突出。

這套新系統(tǒng)通過光來傳輸數(shù)據(jù)，從而解鎖了顯著更高的帶寬，有效應對了上述挑戰(zhàn)。

光學無線通信不會與無線電系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，且可實現(xiàn)精準定向傳輸，非常適合用戶密度高的室內(nèi)空間。

該系統(tǒng)的核心是一枚緊湊型芯片，內(nèi)含一組微型激光器陣列，能夠同時傳輸多路數(shù)據(jù)流。

這種并行方式提升了整體容量，同時保持了硬件的小型化，便于集成到設備或接入點中。

多激光器共筑單鏈路

研究人員采用了一個5×5的垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）陣列，每個激光器都能發(fā)送獨立信號。這類半導體激光器已廣泛應用于數(shù)據(jù)中心，能夠以較高效率實現(xiàn)高速運行。

通過讓多個激光器并行工作，系統(tǒng)相比單光源顯著提高了總數(shù)據(jù)吞吐量。在測試中，共有21個激光器同時激活，每個激光器的傳輸速率在13至19 Gbps之間。

綜合下來，該系統(tǒng)在2米自由空間鏈路上實現(xiàn)了362.7 Gbps的總數(shù)據(jù)速率。這使其成為迄今已展示的最快芯片級光學無線發(fā)射器之一。

該方案采用了一種調(diào)制技術，將數(shù)據(jù)分割到多個頻率通道中，從而在適應信號條件的同時高效利用帶寬。研究人員指出，若采用更快的接收器，速度還能進一步提升。

整形光束降低干擾

管理多束光線會帶來挑戰(zhàn)，尤其是當信號重疊時。為此，團隊設計了一套光學系統(tǒng)，將每一束光塑形并引導至特定區(qū)域。

首先，一個微透鏡陣列對每個激光器發(fā)出的光進行校準，隨后額外的光學元件將光束分布成結構化的網(wǎng)格。這最大限度地減少了重疊，確保每個信號在接收端保持清晰可辨。

測試表明，在2米距離的目標區(qū)域上，照明均勻性超過90%。這使得在同一空間內(nèi)將不同光束分配給不同用戶成為可能。

研究人員還通過同時運行多束光演示了多用戶操作。在一次包含四條并行鏈路的測試中，系統(tǒng)維持了穩(wěn)定連接，并實現(xiàn)了約22 Gbps的總數(shù)據(jù)速率。

能效是另一大優(yōu)勢

該系統(tǒng)每比特功耗約為1.4納焦耳，大約是目前同類Wi-Fi技術的一半。隨著數(shù)據(jù)使用量的持續(xù)增長，這有助于降低功耗需求。

該技術并非要取代現(xiàn)有網(wǎng)絡，而是作為補充。它可以部署在辦公室、家庭或公共場所，將流量從無線電系統(tǒng)中分流出來，同時提供更快、更高效的連接。

這項研究發(fā)表于《Advanced Photonics Nexus》。

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