前沿进展 | 超大容量光载太赫兹通信

“前沿进展”栏目，旨在介绍科研人员在光学领域发表的具有重要学术、应用价值的论文，促进研究成果的传播。部分论文将推荐参与“中国光学十大进展”评选。

01 导读

近日，复旦大学余建军教授团队与紫金山实验室朱敏教授团队合作，首次成功地在80信道波分复用系统中实现了长距离、超大容量太赫兹波信号传输的实验演示，为未来6G网络中的超大容量光载无线通信提供了一种有效的解决方案。

相关成果以“THz-over-fiber transmission with a net rate of 5.12 Tbps in an 80 channel WDM system”为题发表在Optics Letters上。2022 | 前沿进展

02 研究背景

‍

光载无线通信技术，是为满足通信网络中高速大容量无线通信需求而新兴的无线接入技术。该技术将光纤通信与无线通信结合，具有传输距离远、抗干扰、低损耗和组网灵活等优点，因此被广泛应用在移动通信、卫星通信、智慧交通和遥感遥测等众多领域。

同时，光载太赫兹通信集成了微波通信与光通信的优点，具有传输速率高、容量大、方向性强、安全性高及穿透性好等诸多特性，成为未来6G网络的重要技术。然而，目前已有的对光载太赫兹技术的研究仍然匮乏，并且由于传输损耗等因素的影响，实现超大容量、超长距离的光载太赫兹通信也面临着巨大的挑战。

03 研究创新点

该研究团队提出一个可实现超大容量、长距离的光载太赫兹通信系统。该系统在波分复用的80个信道上，可实现20-Gbaud 16QAM信号的20 km有线和54 m无线传输，传输净速度高达5.12 Tbit/s。这样的光载太赫兹传输容量创历史新高。

该超大容量光载太赫兹通信系统装置如图1所示。在发送端，该系统采用80个间隔50 GHz的外腔激光器来产生波分复用信道，波长范围覆盖1531.51~1563.05 nm。该系统采用了光学非对称单边带调制方法对传输信号进行调制。与双边带调制相比，基于单边带调制的太赫兹信号对光纤色散的鲁棒性更强，可以实现更长距离的光纤传输。

图1 超大容量光载太赫兹传输的原理及实验装置图

然而，现有的光学非对称单边带信号产生方案通常采用正弦射频源结合混频器来驱动电光调制器，这将受到电路中潜在的反射效应的影响，进而限制系统的稳定性。

因此，该研究团队采用数字电信号驱动I/Q调制器的方式实现光学非对称单边带调制，利用不同频段的非调制边带和调制边带进行外差拍频，可以产生稳定的太赫兹信号。

该团队创新性地提出使用波长选择开关来选择每个波分复用信道的调制光上边带信号，和来自另一个信道的未调制光下边带信号作为光本振。例如，当选择载波频率为fci的调制光上边带信号时，应选择载波频率为fci+7的未调制光下边带信号作为光本振（图2）。此时，所产生的太赫兹波信号的频率为325 GHz。

图2 325 GHz的光载太赫兹信号的光谱图（a）波长选择开关前；（b）波长选择开关后

该超大容量光载太赫兹通信系统的发射机、接收机以及54 m无线传输链路的照片如图3所示。

图3 实验装置照片

04 总结与展望

该团队首次通过实验实现了基于波分复用架构的超大容量光载太赫兹信号传输。在50GHz间距的80信道波分复用系统中，实现了总净速度5.12 Tbit/s的光载太赫兹波信号20 km有线和54 m无线的长距离传输，创造了光载太赫兹的最大传输容量纪录。

该工作由复旦大学和紫金山实验室合作完成，复旦大学余建军教授为通讯作者，复旦大学丁俊杰博士为论文第一作者。复旦大学为第一完成单位。研究工作得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金的大力支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1364/OL.462525

推荐阅读：

编辑 | 方紫璇

END

由于微信公众号试行乱序推送，您可能没办法准时收到“爱光学”的文章。为了让您第一时间看到“爱光学”的新鲜推送， 请您：1. 将“爱光学”点亮星标（具体操作见文末）
2. 多给我们点“在看”

欢迎爆料

新闻线索、各类投稿、观点探讨、故事趣事

留言/邮件，我来让你/事红

爆料请联系：[e-mail]

点在看联系更紧密