电子学院王兴军-舒浩文团队在集成光子轻量化传输领域取得重要成果
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近日，北京大学电子学院王兴军教授-舒浩文研究员团队与华中科技大学武汉光电国家研究中心王健教授团队合作，在国际学术期刊Nature Communications在线发表题为 “Exploiting a centrally powered coherent microcomb for lightweight optical transmission”的研究论文。在人工智能（AI）、物联网（IoT）与低空智能系统等新兴场景中，数据流量呈指数级爆发，计算范式正从“中心化云端”向“分布式边缘”深刻演变。一方面，复杂的动态环境要求边缘节点（如基站、自动驾驶车辆、工业网关）具备处理海量实时数据的能力；另一方面，边缘设施的物理空间极度受限，对光传输系统的体积、功耗和集成度提出了严苛要求。
论文截图
研究团队在芯片尺度上证明了光载噪比（OCNR）、线宽与传输速率之间的制约关系，并实现了单波长1Tbps的传输能力。该工作进一步通过片上波形整形与半导体光放大器的协同集成，构建了“芯片级并行载波发生器”，在将系统体积缩小百倍的同时实现了5Tbps的聚合传输容量，为“高容量、低功耗、微型化”的下一代边缘计算光互连提供了全新的技术路径。
光频梳产生与单载波轻量化传输演示
本研究主要验证了微腔光梳在标准通信场景下的性能。实验利用自注入锁定（SIL）微光梳中间功率最高的16根梳齿作为载波，分别进行了两种传输测试。首先是在一公里短距离的“自零差”系统中，单通道实现了110 Gbaud DP-32QAM的超高速率，单波长净速率突破1Tbps。其次是更接近实际城域网应用的160公里长距离“零差”传输，采用70 Gbaud DP-16QAM调制，实现了约8.96Tbps的总容量。对比实验结果表明，相比于线宽约10kHz的高性能商用外腔激光器（ECL），该微光梳由于具有极窄的线宽（<600Hz），在长距离传输后表现出更低的误码率和更小的光信噪比（OSNR）代价，证明了其在对抗光纤非线性效应和相位噪声方面的优势。
空分复用（SDM）大容量传输演示
本研究通过增加空间维度来极大提升传输容量，模拟分布式边缘节点的流量聚合。实验核心是利用一根两公里的24芯多芯光纤（MCF）配合16个波长的微光梳信号，实现了高达215.04Tbps（净速率约200Tbps）的总传输速率，这是目前基于片上光源在C波段实现的最高记录。此外，实验还展示了模分复用（MDM）的能力，分别在25公里的少模光纤（FMF）中传输LP模态，以及在50米的环形芯光纤（RCF）中传输轨道角动量（OAM）模态。这证明了该微光梳光源能够兼容各种特种光纤技术，通过“波长+空间+模态”的多维复用，在不增加波长资源的情况下大幅扩展系统容量。
集成轻量化传输演示
为了满足边缘计算“轻量化”需求而构建的微型化系统，实验去除了传统实验中体积庞大的波长选择开关（WSS）和掺铒光纤放大器（EDFA），替换为集成的硅光波形整形芯片（IWC）和半导体光放大器（SOA）。虽然集成的SOA和IWC相比台式设备引入了更高的插损和噪声（特别是SOA的ASE噪声），但得益于SIL微光梳本身极高的相干性和信噪比，系统仍能“扛住”这些恶化。最终，该芯片级系统在10公里传输中成功实现了5.12Tbps的聚合速率（40 Gbaud DP-16QAM），并将系统物理尺寸缩小了约100倍，验证了其在紧凑型边缘设备中部署的可行性。
本论文的共同第一作者为北京大学电子学院博士生韩君豪，华中科技大学博士生颜国锋、李康，北京大学电子学院博士后沈碧涛，舒浩文。舒浩文、王兴军、王健为本文共同通讯作者。北京大学电子学院博士生王艺蒙、华中科技大学博士生张宇辰、北京大学电子学院博士生肖炯、北京大学电子学院博士生吴一晨、北京大学电子学院博士生常华墐、华中科技大学博士后蔡成坤、北京大学电子学院博士后张绪光为本文作出重要贡献。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后创新人才支持计划、湖北省自然科学基金以及湖北光学基础学科研究中心创新基金等项目的资助与支持。
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