我国科研团队率先研制集成微光梳轻量化相干光传输系统 体积缩小至传统系统的百分之一 边缘智能数据传输瓶颈有望突破

问题——边缘智能应用的快速发展对数据传输提出了更高要求,需要满足“近端、实时、可靠”的特点。自动驾驶、低空飞行器协同、工业现场控制等场景中,大量感知数据需要在车辆、基站、工业网关等边缘节点之间快速流转。传统光通信系统虽然具备高带宽优势,但设备体积大、功耗高、部署灵活性不足,难以满足边缘端“轻量化、低能耗、小型化”的需求,成为边缘计算规模化落地的主要瓶颈之一。 原因——相干光传输的性能依赖于光源质量。为了提升测量与解调精度,并支持更高阶调制和更密集的波分复用,相干系统需要稳定、低噪声、窄线宽的激光光源。然而,边缘侧若想实现高容量相干传输,通常需要依赖昂贵且笨重的高性能激光器及台式级实验设备,导致系统集成难度大、成本与能耗居高不下。此外,现有集成光源在噪声和线宽等关键指标上存在局限,难以兼顾高性能与低负担。 影响——如果传输链路无法实现小型化和低功耗,边缘节点将难以形成高密度互联网络。一上,时延敏感业务可能被迫回传至远端数据中心处理,导致响应延迟和网络拥塞;另一方面,海量原始数据的长距离回传会增加骨干网络压力和数据中心能耗,不利于构建高效、绿色的算力体系。随着计算范式从集中式向分布式演进,边缘侧不仅需要“算得快”,还需要“传得快、传得稳”,通信能力将直接影响产业应用的上限。 对策——科研团队提出了一种新思路:利用集成微光梳重塑光源与系统形态。北京大学电子学院王兴军教授、舒浩文研究员团队与华中科技大学王健教授团队合作,成功研制出基于集成微光梳的轻量化相干光传输系统,对应的成果发表于《自然·通讯》。该研究将光梳技术引入相干传输,通过自注入锁定等方法微型芯片上实现高品质光频梳,并引入稳定机制继续优化相干性能,使激光线宽压缩至600赫兹以下。凭借更高的相干性和信噪比,团队在系统层面实现了高容量验证:单波长传输速率突破1Tbit/s,并在多芯光纤中实现215.04Tbit/s的总传输速率。 更重要的突破在于系统的工程化“瘦身”。团队在搭建系统时减少了对传统台式设备的依赖,采用硬币大小的集成芯片与半导体光放大器构建芯片级相干传输平台。得益于微光梳提供的高质量多载波光源,该微型化平台在10公里传输中实现了5Tbit/s的聚合容量,系统体积仅为传统方案的百分之一,为边缘侧部署提供了更可行的解决方案。 前景——此技术未来有望在三个上发挥重要作用:一是支持低空经济、车路协同等时延敏感业务的边缘侧闭环运行,提升响应速度与安全性;二是为工业互联网、园区专网、边缘数据中心等提供更高密度、更低能耗的互联基础,降低单位带宽成本;三是为构建“云—边—端”协同的高密度计算网络提供可扩展的光互连方案,推动算力与网络的协同发展。业内人士指出,要实现规模化落地,还需在芯片制造一致性、长期稳定性、封装与热管理、标准化接口及现网兼容性等提升,并与实际应用场景进行联合验证。

科技创新是推动社会进步的核心动力;这项微型化光通信技术的突破,不仅展现了我国科研团队的创新能力,也为关键核心技术领域的发展迈出了重要一步。在数字化转型的浪潮中,如何将实验室成果转化为产业优势,将是下一阶段的重要课题。此技术的产业化应用,或将重新定义未来智能社会的连接方式。