Carrier-assisteret differentialdetektion

Hyperskala datacentre er hurtigt opstået over hele kloden. Dette genererer en enorm efterspørgsel efter høj kapacitet, omkostningseffektive optiske kommunikationsforbindelser, der forbinder dem. Ingeniører ved University of Melbourne opfandt et innovativt signalmodtagelsessystem, der er skræddersyet til datacenterapplikationer, hvor de komplekst værdifulde dobbeltsidebåndssignaler kan gendannes via direkte detektion. Modtagerarkitekturen åbner en ny klasse af direkte detektionsskemaer, der er egnede til fotonisk integration analogt med homodyne modtagere i kohærent detektion.

Sidste årti, forskellige ordninger for feltgendannelse med direkte detektion blev undersøgt i optisk kommunikation med kort rækkevidde. Da direkte detektion generelt kun giver information om intensitet, indtil nu, signaler er hovedsageligt blevet begrænset til moduleringsformatet med enkelt sidebånd (SSB) i forskellige foreslåede detektionsskemaer med kun intensitet. For sådanne detektionsskemaer, signal-signal beating interference (SSBI) er den dominerende begrænsning. Derudover sammenlignet med den optiske spektrale effektivitet (SE), en høj elektrisk SE er en mere dikterende faktor for kort rækkevidde applikationer. Den elektriske SE er iboende begrænset til SSB-modulationsformatet, fordi et sidebånd er ufyldt, og halvdelen af ​​den elektriske SE er tabt. Udover det elektriske SE, SSB-signaler lider af støjfoldning på grund af den firkantede lovdetektering af fotodioden. Følgelig, snarere end SSB-signaler, det er yderst ønskværdigt at undersøge den direkte detektion af DSB-signaler (complex-valued double sideband) med feltgendannelse.

I et nyt blad udgivet i Lys:Videnskab og anvendelse , ingeniører fra Department of Electrical and Electronic Engineering og University of Melbourne udviklede en ny modtagerordning til detektering af dobbeltsidebåndssignaler med kompleks værdi med feltgendannelse kaldet carrier-assisted differential detection (CADD). Sammenlignet med konventionel single-sideband (SSB) modulering, den elektriske SE fordobles uden at ofre modtagerens følsomhed. Ud over, der kræves ingen præcise optiske filtre til CADD-modtageren, angiver potentialet ved at anvende billige ukølede lasere til CADD-modtagerordningen.

Den nye ordning vedtager et optisk interferometer og 90-graders optisk hybrid i modtageren, der er i stand til at detektere både infase- og kvadraturkomponenter i det lineære optiske felt. Desuden, det højere ordens ikke-lineære produkt afbødes af en ny iterativ annulleringsalgoritme.

Ingeniørerne opsummerer det operationelle princip for deres modtager:"CADD har to fordele i forhold til konventionel carrier-less differential detection (CDD) til feltgendannelse:(i) CADD fordobler den elektriske SE sammenlignet med CDD, da CADD genopretter det lineære signal, mens CDD skal genskabe 2. ordens signal-til-signal-slagterm, og (ii) CADD er ufølsom over for kromatisk dispersion, mens CDD ikke er det. Dette skyldes, at uden en transportør, CDD-feltet kan nå nul, hvilket gør differentialdetektion umulig for stor kromatisk spredning.

"Fordelen ved CADD i forhold til Kramers-Kronig (KK)-modtageren ved direkte detektion er analog med den for homodyne frem for heterodyne-modtagere i sammenhængende detektion - selvom CADD kræver et større antal komponenter, det reducerer den optoelektroniske båndbredde til det halve. Ved at vedtage fotonisk integration, enten i InP- eller siliciumfotonik-platformen (SiP), det store antal komponenter i CADD vil blive meget afbødet, mens den reducerede båndbredde af CADD i høj grad vil reducere de samlede implementeringsomkostninger. Sammenlignet med kohærente homodyne modtagere, CADD kræver ikke meget stabile lasere med lav linjebredde, fører til en mere kompakt og omkostningseffektiv løsning, der er velegnet til applikationer med kort rækkevidde, såsom intra-data-forbindelser og ultra-højhastigheds trådløse fronthaul-netværk."

"Modtagerarkitekturen åbner en ny klasse af direkte detektionsskemaer, der er skalerbare til høj baudrate og egnet til fotonisk integration. Det ville være meget nyttigt til kortrækkende applikationer såsom intra-data-sammenkoblinger og ultra-højhastigheds trådløse fronthaul-netværk , " konkluderer ingeniørerne.