Con il rapido progresso dell'intelligenza artificiale e dell'elaborazione ad alte- prestazioni, il traffico di dati globale sta registrando una crescita esplosiva, ponendo sfide senza precedenti sia alla velocità di trasmissione delle informazioni che all'efficienza energetica all'interno dei data center. Le tradizionali tecnologie di comunicazione ottica si trovano ad affrontare colli di bottiglia in termini di larghezza di banda e barriere relative al consumo energetico, che richiedono con urgenza lo sviluppo di una nuova generazione di tecnologie di interconnessione ottica ad alta-velocità, efficienti e altamente integrate. I pettini di frequenza ottici, in grado di generare simultaneamente più lunghezze d'onda bloccate in fase-per la trasmissione parallela dei dati, sono considerati una soluzione dirompente a queste sfide. Tuttavia, ottenere sorgenti a pettine di frequenza ottica pratiche con larghezza di banda ultra-ampia, stabilità alle temperature ultra-elevatissime e durate operative ultra-lunghe è rimasta una delle principali sfide del settore.
Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal professor Chen Siming dell'Istituto di semiconduttori dell'Accademia cinese delle scienze, in collaborazione con Huisi Optoelectronics, Università di tecnologia di Shenzhen e il Centro nazionale di innovazione per l'optoelettronica dell'informazione, ha ottenuto una svolta nella tecnologia a pettine di frequenza ottica bloccata in-modalità punto quantico ad alta velocità-per le comunicazioni ottiche. Attraverso innovative tecniche di co-doping per materiali semiconduttori a punti quantici e schemi di blocco in-modalità a impulsi-di collisione, il team ha sviluppato con successo un laser a pettine di frequenza ottica a punti quantici da 100 GHz in grado di funzionare in modo stabile a temperature estreme fino a 140 gradi. Questo dispositivo raggiunge risultati rivoluzionari in termini di temperatura operativa, capacità di trasmissione e affidabilità, fornendo una soluzione di sorgente luminosa critica per le future interconnessioni ottiche a livello di Tbps-.
La ricerca dimostra eccezionali parametri prestazionali completi: a temperatura ambiente (25 gradi), il laser raggiunge una larghezza di banda ottica di 3 dB di 14,312 nm, in grado di generare 26 canali. Ciascun canale può trasportare un segnale modulato PAM-4 da 128 Gb/s. Il dispositivo mantiene la modalità stabile-bloccandosi fino a 140 gradi. A 85 gradi -uno standard di temperatura-alta-di livello industriale, i suoi parametri chiave delle prestazioni mostrano un degrado trascurabile, supportando il funzionamento stabile di 22 canali per un throughput dati totale di 2,816 Tb/s. Allo stesso tempo, il consumo di energia per bit trasmesso è pari a 0,394 pJ a 25 gradi e 0,532 pJ a 85 gradi. I test di invecchiamento accelerato superiori a 1.500 ore a 85 gradi indicano un tempo medio di guasto (MTTF) di 207 anni, soddisfacendo pienamente i severi requisiti delle applicazioni commerciali.
Questo lavoro non solo dimostra sperimentalmente la fattibilità di ottenere simultaneamente banda ultra-larga, ultra-alta-temperatura, ultra-lunga-durata e alta-integrazione di pettini ottici di frequenza a punti quantici su un singolo chip, ma fornisce anche un potente ed economico percorso di implementazione della sorgente luminosa-efficace per i sistemi di interconnessione ottica nei data center di prossima-generazione e nei cluster di calcolo dell'intelligenza artificiale.
