Only Perception: 微型雷射大幅提高資料傳輸速度

2013-11-08

微型雷射大幅提高資料傳輸速度

Tiny laser gives big boost to high speed data transmission
http://phys.org/news/2013-11-tiny-laser-big-boost-high.html

By Liz Ahlberg, 2013.11.06

(Phys.org) -- 由於 Illinois 大學所開發的一項新雷射技術，能以 40 Gbps 的驚人速度（美國境內最快速度）在光纖網路上傳輸零錯誤的資料，使高速通訊獲得大幅提昇。

Milton Feng（電子與電腦工程系的 Nick Holonyak Jr. Chair）與博士後研究 Fei Tan、畢業生 Mong-Kai Wu、Michael Liu 以及 Holonyak（他是一位名譽教授）共同展示這個小而快的裝置。這個團隊將研究結果發表在 IEEE Photonics Technology Letters 期刊上。

當計算跨入 petascale （10的15次方）之後，處理器速度已超越傳輸速度，這成了一種瓶頸且阻礙應用發展。任何試圖透過撥接式網際網路連線傳輸傳流式影片的人都知道，最快的處理器並不會使檔案傳的更快。在「big data」與雲端運算時代，有大量資訊在伺服器間交換。

稱為 oxide VCSELs（oxide Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，氧化物限制型-垂直共振腔面射型雷射）的雷射裝置被用來在光纖光纜上以高速傳輸資料，且資料量比傳統電纜更大。

"oxide VCSEL 目前是業界標準了，" Feng 表示。"今日，所有的光學互連都使用這種技術。目前全世界都在競逐如何使其更快與更有效率，而這正是這項技術存在的意義。在 U. of I.，我們能夠使這項技術成為全美國最快。"

它有多快呢？比較一下，家庭高速網際網路連線能達到大約 100 Mbps 的速度，而這項技術 40 Gbps 的速度比它快了 400 倍。由於它的尺寸小，這種這個新的 oxide VCSEL 也有優異的能源效益 -- 比電線所用能源少了 100 倍 -- 而且能非常準確地傳輸資料，在一小時的運作中沒有偵測到任何瑕疵。

快速且準確的資料傳輸對於個人化醫療、雲端運算以及其他許多應用而言，十分關鍵。例如，為了個人化醫療而利用超級電腦計算的威力，必須從患者身上收集大量的生物辨識資料。不過這些患者所擁有的資料不經過分析，就沒有用處。資料必須要從實驗室送到計算設施，在那邊它們被分析，然後傳送到病患的醫師那邊，以協助進行診斷或量身訂作治療計畫。

"如果你無法傳輸資訊，那麼它用處不大，" Feng 表示。"如果你無法傳輸資料，你只是在製造垃圾。所以傳輸科技非常重要。高速資料傳輸將使得遠距運算（tele-computation）、遠距醫療、遠距教學成為可能。那全都端賴你能以多快的速度傳輸資訊。"

Illinois 團隊的 oxide VCSELs 在室溫下運作，故接下來要進行巧妙的設計，以便使其能在資料中心非常熱的環境中運作。

Feng 相信，研究者能將 oxide VCSELs 提升到 60 Gbps 的速度，不過因為材料的固有極限，事情沒這麼簡單。但他對於達到 VCSEL 技術的極限並不感到憂慮，因為在 2004 年，他與 Holonyak 開發一種新技術，準備踏入 VCSEL 無能為力之處：電晶體雷射（transistor laser）。

※ 相關報導：

＊ 850nm Oxide-Confined VCSEL with low Relative Intensity Noise and 40Gb/s Error Free Data Transmission
http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?reload=true&arnumber=6589110