Client-side optics are facing an ever-increasing upgrading pace, driven by upcoming 5G related services and datacenter applications. The demand for a single lane data rate is soon approaching 200 Gbps. To meet such high-speed requirement, all segments of traditional intensity modulation direct detection (IM/DD) technologies are being challenged. The characteristics of electrical and optoelectronic components and the performance of modulation, coding, and digital signal processing (DSP) techniques are being stretched to their limits. In this context, we witnessed technological breakthroughs in several aspects, including development of broadband devices, novel modulation formats and coding, and high-performance DSP algorithms for the past few years. A great momentum has been accumulated to overcome the aforementioned challenges. In this article, we focus on IM/DD transmissions, and provide an overview of recent research and development efforts on key enabling technologies for 200 Gbps per lane and beyond. Our recent demonstrations of 200 Gbps short-reach transmissions with 4-level pulse amplitude modulation (PAM) and discrete multitone signals are also presented as examples to show the system requirements in terms of device characteristics and DSP performance. Apart from digital coherent technologies and advanced direct detection systems, such as Stokes–vector and Kramers–Kronig schemes, we expect high-speed IM/DD systems will remain advantageous in terms of system cost, power consumption, and footprint for short reach applications in the short- to mid- term perspective.

中文翻译：

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用于短距离光互连的 200 Gbps/通道 IM/DD 技术

在即将推出的 5G 相关服务和数据中心应用的推动下，客户端光学正面临不断加快的升级步伐。对单通道数据速率的需求很快接近 200 Gbps。为了满足这种高速要求，传统的强度调制直接检测 (IM/DD) 技术的所有部分都受到了挑战。电气和光电元件的特性以及调制、编码和数字信号处理 (DSP) 技术的性能正在发挥到极限。在此背景下，我们在过去几年中见证了多个方面的技术突破，包括宽带设备的开发、新型调制格式和编码以及高性能 DSP 算法。克服上述挑战已经积累了巨大的动力。在本文中，我们专注于 IM/DD 传输，并概述了最近在实现每通道 200 Gbps 及更高速率的关键使能技术方面所做的研究和开发工作。我们最近展示的具有 4 级脉冲幅度调制 (PAM) 和离散多音信号的 200 Gbps 短距离传输也作为示例展示了设备特性和 DSP 性能方面的系统要求。除了数字相干技术和先进的直接检测系统，如 Stokes-vector 和 Kramers-Kronig 方案，我们预计高速 IM/DD 系统将在系统成本、功耗和占位面积方面保持优势，用于短距离应用中短期的观点。并概述最近在实现每通道 200 Gbps 及更高速率的关键使能技术方面的研究和开发工作。我们最近展示的具有 4 级脉冲幅度调制 (PAM) 和离散多音信号的 200 Gbps 短距离传输也作为示例展示了设备特性和 DSP 性能方面的系统要求。除了数字相干技术和先进的直接检测系统，如 Stokes-vector 和 Kramers-Kronig 方案，我们预计高速 IM/DD 系统将在系统成本、功耗和占位面积方面保持优势，适用于短距离应用中短期的观点。并概述最近在实现每通道 200 Gbps 及更高速率的关键使能技术方面的研究和开发工作。我们最近展示的具有 4 级脉冲幅度调制 (PAM) 和离散多音信号的 200 Gbps 短距离传输也作为示例展示了设备特性和 DSP 性能方面的系统要求。除了数字相干技术和先进的直接检测系统，如 Stokes-vector 和 Kramers-Kronig 方案，我们预计高速 IM/DD 系统将在系统成本、功耗和占位面积方面保持优势，适用于短距离应用中短期的观点。我们最近展示的具有 4 级脉冲幅度调制 (PAM) 和离散多音信号的 200 Gbps 短距离传输也作为示例展示了设备特性和 DSP 性能方面的系统要求。除了数字相干技术和先进的直接检测系统，如 Stokes-vector 和 Kramers-Kronig 方案，我们预计高速 IM/DD 系统将在系统成本、功耗和占位面积方面保持优势，用于短距离应用中短期的观点。我们最近展示的具有 4 级脉冲幅度调制 (PAM) 和离散多音信号的 200 Gbps 短距离传输也作为示例展示了设备特性和 DSP 性能方面的系统要求。除了数字相干技术和先进的直接检测系统，如 Stokes-vector 和 Kramers-Kronig 方案，我们预计高速 IM/DD 系统将在系统成本、功耗和占位面积方面保持优势，适用于短距离应用中短期的观点。