Met de snelle vooruitgang van kunstmatige intelligentie en high{0}}computing kent het wereldwijde dataverkeer een explosieve groei, wat ongekende uitdagingen met zich meebrengt voor zowel de snelheid van informatieoverdracht als de energie-efficiëntie binnen datacenters. Traditionele optische communicatietechnologieën worden geconfronteerd met knelpunten in de bandbreedte en barrières op het gebied van energieverbruik, waardoor dringend de ontwikkeling nodig is van een nieuwe generatie hoge- snelle, efficiënte en sterk geïntegreerde optische verbindingstechnologieën. Optische frequentiekammen, die in staat zijn om gelijktijdig meerdere fase-vergrendelde golflengten te genereren voor parallelle datatransmissie, worden beschouwd als een ontwrichtende oplossing voor deze uitdagingen. Het realiseren van praktische optische frequentiekambronnen met ultra-grote bandbreedte, ultra-stabiliteit bij hoge temperaturen en ultra-lange operationele levensduur is echter een grote uitdaging voor de industrie gebleven.
Onlangs heeft een onderzoeksteam onder leiding van professor Chen Siming van het Institute of Semiconductors van de Chinese Academie van Wetenschappen, in samenwerking met Huisi Optoelectronics, Shenzhen University of Technology en het National Innovation Center for Information Optoelectronics, een doorbraak bereikt in de snelle- quantum dot-modus-vergrendelde optische frequentiekamtechnologie voor optische communicatie. Door middel van innovatieve co-dopingtechnieken voor halfgeleider quantum dot-materialen en botsings-pulsmodus--vergrendelingsschema's heeft het team met succes een 100 GHz quantum dot optische frequentiekammlaser ontwikkeld die stabiel kan werken bij extreme temperaturen tot 140 graden. Dit apparaat bereikt doorbraken op het gebied van bedrijfstemperatuur, transmissiecapaciteit en betrouwbaarheid en biedt een kritische lichtbronoplossing voor toekomstige optische verbindingen op Tbps-niveau.
Het onderzoek toont uitstekende, uitgebreide prestatiegegevens aan: bij kamertemperatuur (25 graden) bereikt de laser een optische bandbreedte van 3 dB van 14,312 nm, die in staat is 26 kanalen te genereren. Elk kanaal kan een PAM-4-gemoduleerd signaal van 128 Gb/s transporteren. Het apparaat handhaaft de stabiele modus-met een vergrendeling tot 140 graden. Bij 85 graden -een industriële-hoge- temperatuurstandaard laten de belangrijkste prestatiestatistieken een verwaarloosbare verslechtering zien, wat een stabiele werking van 22 kanalen ondersteunt voor een totale gegevensdoorvoer van 2,816 Tb/s. Tegelijkertijd is het energieverbruik per verzonden bit slechts 0,394 pJ bij 25 graden en 0,532 pJ bij 85 graden. Versnelde verouderingstests van meer dan 1.500 uur bij 85 graden duiden op een Mean Time To Failure (MTTF) van 207 jaar, waarmee volledig wordt voldaan aan de strenge eisen voor commerciële toepassingen.
Dit werk demonstreert niet alleen experimenteel de haalbaarheid van het gelijktijdig realiseren van ultra-breedband, ultra-hoge- temperatuur, ultra-lange-levensduur en hoge-integratie kwantumdot optische frequentiekammen op één enkele chip, maar biedt ook een krachtig, kosten-effectief lichtbronimplementatiepad voor optische interconnectsystemen in de volgende- generatie datacenters en computerclusters voor kunstmatige intelligentie.
