一種基于芯片的新型光學無線系統利用光實現了362 Gbps的速度,提供了更快、更高效的連接。
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研究人員開發出了一種芯片級光學無線系統,與傳統Wi-Fi相比,該系統能以更低的能耗實現超高速數據傳輸。
該技術使用光而非無線電波,為緩解擁擠無線網絡的壓力提供了新途徑。隨著視頻通話、流媒體和各類聯網設備對現有基礎設施造成沉重負擔,無線網絡需求持續激增。
當前系統依賴射頻技術,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環境中更為突出。
這套新系統通過光來傳輸數據,從而解鎖了顯著更高的帶寬,有效應對了上述挑戰。
光學無線通信不會與無線電系統產生干擾,且可實現精準定向傳輸,非常適合用戶密度高的室內空間。
該系統的核心是一枚緊湊型芯片,內含一組微型激光器陣列,能夠同時傳輸多路數據流。
這種并行方式提升了整體容量,同時保持了硬件的小型化,便于集成到設備或接入點中。
多激光器共筑單鏈路
研究人員采用了一個5×5的垂直腔面發射激光器(VCSEL)陣列,每個激光器都能發送獨立信號。這類半導體激光器已廣泛應用于數據中心,能夠以較高效率實現高速運行。
通過讓多個激光器并行工作,系統相比單光源顯著提高了總數據吞吐量。在測試中,共有21個激光器同時激活,每個激光器的傳輸速率在13至19 Gbps之間。
綜合下來,該系統在2米自由空間鏈路上實現了362.7 Gbps的總數據速率。這使其成為迄今已展示的最快芯片級光學無線發射器之一。
該方案采用了一種調制技術,將數據分割到多個頻率通道中,從而在適應信號條件的同時高效利用帶寬。研究人員指出,若采用更快的接收器,速度還能進一步提升。
整形光束降低干擾
管理多束光線會帶來挑戰,尤其是當信號重疊時。為此,團隊設計了一套光學系統,將每一束光塑形并引導至特定區域。
首先,一個微透鏡陣列對每個激光器發出的光進行校準,隨后額外的光學元件將光束分布成結構化的網格。這最大限度地減少了重疊,確保每個信號在接收端保持清晰可辨。
測試表明,在2米距離的目標區域上,照明均勻性超過90%。這使得在同一空間內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運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試中,系統維持了穩定連接,并實現了約22 Gbps的總數據速率。
能效是另一大優勢
該系統每比特功耗約為1.4納焦耳,大約是目前同類Wi-Fi技術的一半。隨著數據使用量的持續增長,這有助于降低功耗需求。
該技術并非要取代現有網絡,而是作為補充。它可以部署在辦公室、家庭或公共場所,將流量從無線電系統中分流出來,同時提供更快、更高效的連接。
這項研究發表于《Advanced Photonics Nexus》。
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