En international gruppe af forskere fra DTU og Chalmers University of Technology i Göteborg har opnået svimlende hastigheder inden for dataoverførsel og er de første i verden til at overføre over 1 petabit i sekundet (Pbit/s) ved brug af kun én laser og én enkelt optisk chip. (1 petabit svarer til 1 mio. gigabits)
I forsøget lykkedes det at overføre 1,8 Pbit/s, hvilket svarer til det dobbelte af hele verdens samlede internettrafik. Og altså kun båret af lyset fra en optisk kilde.
Lyskilden er en særligt designet optisk chip, der kan bruge lyset fra en enkelt infrarød laser til at skabe et regnbuespektrum af mange farver, dvs. mange frekvenser. Altså kan en enkelt lasers ene frekvens (farve) mangedobles til hundredvis af frekvenser (farver) i en enkelt chip.
Alle farverne er fastlåst i en bestemt frekvensafstand fra hinanden, ligesom tænderne på en kam, hvorfor man kalder det for en frekvenskam. Hver enkelt farve (eller frekvens) kan så isoleres og bruges til at påtrykke data. Frekvenserne kan så samles igen og sendes over en optisk fiber og dermed overføre data. Endda rigtig meget data, som forskerne har fundet ud af.
Den eksperimentelle demonstration viste, at en enkelt chip sagtens kunne bære 1,8 Pbit/s, hvilket med nutidigt state-of-the-art kommercielt udstyr ellers ville kræve mere end 1.000 lasere.
Victor Torres Company, professor ved Chalmers University of Technology, er leder af den forskningsgruppe, der har udviklet og fremstillet chippen.
– Det særlige ved denne chip er, at den producerer en frekvenskam med ideelle egenskaber til fiberoptisk kommunikation. Chippen har høj optisk effekt og dækker en bred båndbredde inden for spektralområdet, der er interessant for avanceret optisk kommunikation, siger Victor Torres Company.
Interessant nok var chippen egentlig ikke optimeret til denne særlige applikation:
– Faktisk blev nogle af de karakteristiske parametre opnået tilfældigt og ikke med dette specifikke formål. Men i kraft af mit teams indsats er vi nu i stand til at foretage reverse engineering af processen og skabe ’mikrokamme’ med høj reproducerbarhed til målapplikationer inden for telekommunikation, uddyber Victor Torres Company.
Desuden udførte forskerne en beregningsmodel for at teoretisk undersøge det fundamentale potentiale for dataoverførsel med en enkelt chip magen til den fra eksperimentet. Beregningerne viste et enormt potentiale for at skalere løsningen op.
– Vore beregninger viser, at vi med den ene chip, lavet af Chalmers University of Technology, og en enkelt laser vil være i stand til at overføre op mod 100 Pbit/s. Det skyldes, at vores løsning er skalérbar, både med hensyn til at skabe mange frekvenser, men også i forhold til at splitte frekvenskammen i mange rumlige kopier og så optisk forstærke dem, og bruge dem som parallelle kilder, som vi kan overføre data med. Selvom kam-kopierne skal forstærkes, mister vi ikke kammens kvaliteter, som vi udnytter til spektralt effektiv dataoverførsel, siger professor Leif Katsuo Oxenløwe, leder af grundforskningscentret SPOC (Silicon Photonics for Optical Communications) på DTU.
Forskernes løsning lover godt for internettets fremtidige strømforbrug.
– Med vores løsning er der med andre ord potentiale for at erstatte i hundredtusindvis af de lasere, der står ude i internettets knudepunkter og datacentre, og som alle sluger strøm og genererer varme. Vi har her en mulighed for at bidrage til at opnå et internet med et mindre klimaaftryk, siger Leif Katsuo Oxenløwe.
Selvom forskerne ved demonstrationen har brudt petabit-muren for en enkelt laserkilde og en enkelt chip, så ligger der stadig en del udvikling forude, før løsningen kan implementeres i vores nuværende kommunikationssystemer, fortæller Leif Katsuo Oxenløwe.
”Over hele verden arbejdes der på at integrere laserkilden på den optiske chip, og det arbejder vi også på. Jo flere komponenter vi kan integrere på chippen, des mere effektiv vil hele senderen blive. Dvs. laser, kam-skabende chip, datamodulatorer, og eventuelle forstærkerelementer. Det vil blive en uhyre effektiv optisk sender af datasignaler,” siger Leif Katsuo Oxenløwe.
Om eksperimentet
Forsøget, hvor forskerne overførte 1,8 Pbit/s, og de efterfølgende beregninger er publiceret i Nature Photonics.
DTU har samarbejdet med forskere fra:
Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet
Department of Microtechnology and Nanoscience, Chalmers University of Technology
Optical Technologies R&D Center, Fujikura Ltd, Japan.
Grundforskningscentret Silicon Photonics for Optical Communications (SPOC) udvikler det videnskabelige grundlag inden for datatransmission, hvor der stræbes efter den ultimative datakapacitet. Målet er at reducere internettes energiforbrug.
Kontakt:
Leif Katsuo Oxenløwe, lkox@dtu.dk
