Optimering af VCSEL-fotons levetid for minimalt energiforbrug ved varierende bithastigheder

Den eksplosive vækst i internetbrug fører til en eksplosion af energiforbruget i datacentre. Vertical cavity surface emitting lasers (VCSEL'er) er nøgleaktiverende enheder, der opfylder kravene til optiske sammenkoblinger i sådanne datacentre op til et par hundrede meter enkelt- eller multimode-fiber på grund af deres enkelhed, lavpris, og store dataoverførselshastigheder. At opnå højere bithastigheder har været det erklærede mål for forskning og udvikling i de seneste år.

Den næste udfordring bliver at fokusere på at reducere energiforbruget for lasere og drivere - en funktion af bithastigheden. Energiomkostningerne ved transmission ved potentielt størst mulige bithastigheder, brug af prædistortion eller fremadrettet fejlkorrektion skal sammenlignes med energiomkostningerne ved datatransmission og enhedens levetid ved lavere bithastigheder. Endelig, end of life overvejelser af de samlede omkostninger ved datacentre vil flytte fokus for operatører af sådanne centre.

For nylig, Prof. Bimbergs gruppe ved Bimberg kinesisk-tyske center for grøn fotonik Changchun ved Institut for Optik, finmekanik, og fysik, Chinese Academy of Sciences har udviklet VCSEL'er, der udsender ved 850 nm, 880 nm, 910 nm, 940 nm, som var optimeret til at opnå 50+ Gb/s, muliggør 200+ Gb/s datatransmission over en multimode fiber. Dette var baseret på PAM2-modulationsskemaet uden nogen form for prædistortion, der førte til en spektral effektivitet omkring 2 bit.

Desuden, ved optimering af den maksimale bithastighed for et system, enhedens levetid, og systemets energiforbrug, denne gruppe har vist, at 200 Gb/s transmission også kan opnås ved at bruge otte lasere med hver 25 Gb/s. Ved 25 Gb/s er EDR endnu lavere end 100 fJ/bit, giver en reduktion på 75 % sammenlignet med værdierne på 50 Gb/s. For den samme BR på 200 Gb/s opnås 50 % energireduktion, selvom antallet af enheder er blevet fordoblet. Ud over, strømtætheden ved driftsforhold reduceres med 60 %, og risikoen for apparatfejl er reduceret.

Længere levetid for enheden sammen med reduktionen af ​​det samlede energiforbrug med 50 % vil overkompensere omkostningerne ved at fordoble antallet af enheder. Lavere strømforbrug fører til mindre varme, og temperaturinduceret roll-over af udgangseffekten sker ved større strømme. Endelig, der skal tilføres mindre energi til køling. Dermed, levetidsomkostningerne øges dramatisk ved at vælge to lasere med en medium bithastighed i stedet for en laser, der arbejder med den maksimale teknisk mulige bithastighed.