Фотонный чип сам распутал два 64-Гбод канала за 4 мс
Многомодовое волокно обещает передавать несколько потоков по одному световоду, но его моды легко обмениваются энергией. Изгиб, поляризация или механическое возмущение меняют матрицу смешения, и приёмник получает наложенные друг на друга данные. Обычно такую задачу берёт на себя скоростной цифровой эквалайзер, работающий непосредственно с потоком. В новой лабораторной системе вычисления оставили только в контуре настройки: само разделение выполняет свет.
На кремниевом чипе размещена программируемая сетка интерферометров Маха—Цендера. Каждый MZI меняет фазу и амплитуду оптического пути; вместе они реализуют настраиваемое линейное преобразование входных мод. Фотодиоды снимают с выходов низкоскоростные отсчёты, а FPGA не знает исходных битовых последовательностей и не ждёт специального training-пакета. Она минимизирует функцию из kurtosis обоих выходов и их взаимной корреляции: два независимых OOK-потока имеют свою статистику, смешанные — уже нет.
Световой эквалайзер, которому не нужны известные биты
Первый поиск настроек выполняет генетический алгоритм, способный выбраться из режима сильного перекрёстного влияния. Затем включается конечное разностное градиентное сопровождение: оно поочерёдно сдвигает мощности нагревателей и удерживает минимум целевой функции. Получается любопытное разделение труда. Световой чип мгновенно преобразует широкополосный сигнал, FPGA следит за медленной эволюцией канала по узкой телеметрии и посылает новые напряжения на фазовращатели.
Две моды, один меняющийся канал
Две моды, один меняющийся канал
Динамический опыт выполнен на 5-метровом graded-index few-mode fiber с модой LP01 и почти вырожденной группой LP11. Перед приёмником моторизованный контроллер поляризации прогонял возмущение 0° → 80° → 0° со скоростью 2°/с. При двух OOK-каналах по 64 Гбод авторы сообщают BER ниже 10⁻⁴ на обоих выходах. Без компенсации ошибка поднималась примерно до 10⁻¹.
Где кончается демонстрация
Замкнутый FPGA-контур собран на Xilinx XCZU15EG; двухканальный 14-битный AD9689-2600 передаёт выборки 2.4 Гвыб./с в programmable logic по восьмиполосному JESD204B. Окно статистики содержит 32 768 отсчётов. Сама математика занимает всего 33 нс, захват — 13.6 мкс. Почти всё время съедают внешний DAC, около 3 мс, и тепловая перестройка фотонных весов, около 1 мс. Именно эти физические компоненты, а не FPGA, задают заявленные 4 мс.
Где кончается демонстрация