A silicon photonic–electronic neural network for fibre nonlinearity compensation

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作者
Chaoran Huang,Shinsuke Fujisawa,Thomas Ferreira de Lima,Alexander N. Tait,Eric C. Blow,Yue Tian,Simon Bilodeau,Aashu Jha,Fatih Yaman,Hsuan-Tung Peng,Hussam G. Batshon,Bhavin J. Shastri,Yoshihisa Inada,Ting Wang,Paul R. Prucnal
出处
期刊:Nature electronics [Nature Portfolio]
卷期号:4 (11): 837-844 被引量:197
标识
DOI:10.1038/s41928-021-00661-2
摘要

In optical communication systems, fibre nonlinearity is the major obstacle in increasing the transmission capacity. Typically, digital signal processing techniques and hardware are used to deal with optical communication signals, but increasing speed and computational complexity create challenges for such approaches. Highly parallel, ultrafast neural networks using photonic devices have the potential to ease the requirements placed on digital signal processing circuits by processing the optical signals in the analogue domain. Here we report a silicon photonic–electronic neural network for solving fibre nonlinearity compensation in submarine optical-fibre transmission systems. Our approach uses a photonic neural network based on wavelength-division multiplexing built on a silicon photonic platform compatible with complementary metal–oxide–semiconductor technology. We show that the platform can be used to compensate for optical fibre nonlinearities and improve the quality factor of the signal in a 10,080 km submarine fibre communication system. The Q-factor improvement is comparable to that of a software-based neural network implemented on a workstation assisted with a 32-bit graphic processing unit. A neural network platform that incorporates photonic components can be used to predict optical fibre nonlinearities and improve the signal quality of submarine fibre communications.
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