一種基于芯片的新型光學(xué)無線系統(tǒng)利用光實(shí)現(xiàn)了362 Gbps的速度，提供了更快、更高效的連接。

研究人員開發(fā)出了一種芯片級(jí)光學(xué)無線系統(tǒng)，與傳統(tǒng)Wi-Fi相比，該系統(tǒng)能以更低的能耗實(shí)現(xiàn)超高速數(shù)據(jù)傳輸。

該技術(shù)使用光而非無線電波，為緩解擁擠無線網(wǎng)絡(luò)的壓力提供了新途徑。隨著視頻通話、流媒體和各類聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施造成沉重負(fù)擔(dān)，無線網(wǎng)絡(luò)需求持續(xù)激增。

當(dāng)前系統(tǒng)依賴射頻技術(shù)，但射頻在帶寬、抗干擾和功耗方面存在局限，尤其在人員密集的室內(nèi)環(huán)境中更為突出。

這套新系統(tǒng)通過光來傳輸數(shù)據(jù)，從而解鎖了顯著更高的帶寬，有效應(yīng)對(duì)了上述挑戰(zhàn)。

光學(xué)無線通信不會(huì)與無線電系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，且可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定向傳輸，非常適合用戶密度高的室內(nèi)空間。

該系統(tǒng)的核心是一枚緊湊型芯片，內(nèi)含一組微型激光器陣列，能夠同時(shí)傳輸多路數(shù)據(jù)流。

這種并行方式提升了整體容量，同時(shí)保持了硬件的小型化，便于集成到設(shè)備或接入點(diǎn)中。

多激光器共筑單鏈路

研究人員采用了一個(gè)5×5的垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）陣列，每個(gè)激光器都能發(fā)送獨(dú)立信號(hào)。這類半導(dǎo)體激光器已廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心，能夠以較高效率實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行。

通過讓多個(gè)激光器并行工作，系統(tǒng)相比單光源顯著提高了總數(shù)據(jù)吞吐量。在測(cè)試中，共有21個(gè)激光器同時(shí)激活，每個(gè)激光器的傳輸速率在13至19 Gbps之間。

綜合下來，該系統(tǒng)在2米自由空間鏈路上實(shí)現(xiàn)了362.7 Gbps的總數(shù)據(jù)速率。這使其成為迄今已展示的最快芯片級(jí)光學(xué)無線發(fā)射器之一。

該方案采用了一種調(diào)制技術(shù)，將數(shù)據(jù)分割到多個(gè)頻率通道中，從而在適應(yīng)信號(hào)條件的同時(shí)高效利用帶寬。研究人員指出，若采用更快的接收器，速度還能進(jìn)一步提升。

整形光束降低干擾

管理多束光線會(huì)帶來挑戰(zhàn)，尤其是當(dāng)信號(hào)重疊時(shí)。為此，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一套光學(xué)系統(tǒng)，將每一束光塑形并引導(dǎo)至特定區(qū)域。

首先，一個(gè)微透鏡陣列對(duì)每個(gè)激光器發(fā)出的光進(jìn)行校準(zhǔn)，隨后額外的光學(xué)元件將光束分布成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)格。這最大限度地減少了重疊，確保每個(gè)信號(hào)在接收端保持清晰可辨。

測(cè)試表明，在2米距離的目標(biāo)區(qū)域上，照明均勻性超過90%。這使得在同一空間內(nèi)將不同光束分配給不同用戶成為可能。

研究人員還通過同時(shí)運(yùn)行多束光演示了多用戶操作。在一次包含四條并行鏈路的測(cè)試中，系統(tǒng)維持了穩(wěn)定連接，并實(shí)現(xiàn)了約22 Gbps的總數(shù)據(jù)速率。

能效是另一大優(yōu)勢(shì)

該系統(tǒng)每比特功耗約為1.4納焦耳，大約是目前同類Wi-Fi技術(shù)的一半。隨著數(shù)據(jù)使用量的持續(xù)增長，這有助于降低功耗需求。

該技術(shù)并非要取代現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，而是作為補(bǔ)充。它可以部署在辦公室、家庭或公共場(chǎng)所，將流量從無線電系統(tǒng)中分流出來，同時(shí)提供更快、更高效的連接。

這項(xiàng)研究發(fā)表于《Advanced Photonics Nexus》。

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