Ne tako davno, lista odgovora za zajednički razvoj Hengqina između Zhuhaija i Makaa polako se odvijala sredinom godine. Pažnju je privuklo jedno od prekograničnih optičkih vlakana. Prošao je kroz Zhuhai i Makao kako bi ostvario interkonekciju računarske snage i dijeljenje resursa od Macaa do Hengqina, te izgradio kanal informacija. Šangaj također promoviše projekat nadogradnje i transformacije "optičke u bakrene stražnje" komunikacijske mreže od svih vlakana kako bi se osigurao visokokvalitetni ekonomski razvoj i bolje komunikacijske usluge za stanovnike.
Sa brzim razvojem internet tehnologije, potražnja korisnika za internet saobraćajem raste iz dana u dan, kako poboljšati kapacitet komunikacije optičkim vlaknima postao je hitan problem koji treba riješiti.
Od pojave komunikacijske tehnologije optičkih vlakana, ona je donijela velike promjene u oblastima nauke i tehnologije i društva. Kao važna primena laserske tehnologije, laserska informaciona tehnologija koju predstavlja tehnologija komunikacije optičkim vlaknima izgradila je okvir moderne komunikacione mreže i postala važan deo prenosa informacija. Tehnologija komunikacije s optičkim vlaknima je važna nosiva snaga sadašnjeg svijeta interneta, a također je i jedna od ključnih tehnologija informatičkog doba.
Uz kontinuiranu pojavu različitih tehnologija u nastajanju kao što su Internet stvari, veliki podaci, virtualna stvarnost, umjetna inteligencija (AI), peta generacija mobilnih komunikacija (5G) i druge tehnologije, postavljaju se sve veći zahtjevi za razmjenom i prijenosom informacija. Prema podacima istraživanja koje je Cisco objavio 2019., globalni godišnji IP saobraćaj će se povećati sa 1,5ZB (1ZB=1021B) u 2017. na 4,8ZB u 2022. godini, sa kombinovanom godišnjom stopom rasta od 26%. Suočena sa trendom rasta velikog prometa, komunikacija putem optičkih vlakana, kao najvažniji dio komunikacijske mreže, nalazi se pod ogromnim pritiskom za nadogradnju. Komunikacioni sistemi i mreže sa optičkim vlaknima velike brzine i velikog kapaciteta biće glavni pravac razvoja komunikacijske tehnologije optičkih vlakana.
Istorija razvoja i status istraživanja komunikacijske tehnologije optičkih vlakana
Prvi rubin laser razvijen je 1960. godine, nakon otkrića kako laseri rade od strane Arthura Showlowa i Charlesa Townesa 1958. Zatim je 1970. uspješno razvijen prvi AlGaAs poluprovodnički laser sposoban za kontinuirani rad na sobnoj temperaturi, a 1977. poluprovodnički laser je realizovan da radi neprekidno desetine hiljada sati u praktičnom okruženju.
Do sada su laseri imali preduslove za komercijalnu komunikaciju putem optičkih vlakana. Od samog početka pronalaska lasera, izumitelji su prepoznali njegovu važnu potencijalnu primjenu u području komunikacija. Međutim, postoje dva očigledna nedostatka u tehnologiji laserske komunikacije: jedan je da će se velika količina energije izgubiti zbog divergencije laserskog snopa; drugi je da na njega u velikoj meri utiče okruženje aplikacije, kao što je primena u atmosferskom okruženju biće značajno podložna promenama vremenskih uslova. Stoga je za lasersku komunikaciju vrlo važan odgovarajući optički talasovod.
Optičko vlakno koje se koristi za komunikaciju koje je predložio dr Kao Kung, dobitnik Nobelove nagrade za fiziku, zadovoljava potrebe laserske komunikacione tehnologije za talasovode. Predložio je da Rayleighov gubitak staklenog optičkog vlakna može biti vrlo nizak (manje od 20 dB/km), a gubitak snage u optičkom vlaknu uglavnom dolazi od apsorpcije svjetlosti nečistoćama u staklenim materijalima, tako da je pročišćavanje materijala ključ za smanjenje gubitka optičkih vlakana Key, a također je istakao da je prijenos u jednom modu važan za održavanje dobrih komunikacijskih performansi.
1970. godine, kompanija Corning Glass Company razvila je multimodno optičko vlakno zasnovano na kvarcu sa gubitkom od oko 20 dB/km prema prijedlogu za pročišćavanje dr. Kaoa, čime je optičko vlakno postalo stvarnost za medije za prijenos komunikacije. Nakon kontinuiranog istraživanja i razvoja, gubitak optičkih vlakana na bazi kvarca približio se teorijskoj granici. Do sada su uslovi komunikacije optičkim vlaknima bili u potpunosti zadovoljeni.
Svi rani komunikacioni sistemi sa optičkim vlaknima usvojili su prijemni metod direktne detekcije. Ovo je relativno jednostavna metoda komunikacije optičkim vlaknima. PD je detektor kvadratnog zakona i može se detektovati samo intenzitet optičkog signala. Ova metoda prijema direktne detekcije nastavljena je od prve generacije komunikacijske tehnologije optičkih vlakana 1970-ih do ranih 1990-ih.
Da bismo povećali iskorištenost spektra unutar propusnog opsega, moramo krenuti od dva aspekta: jedan je korištenje tehnologije za približavanje Shanononovom granicom, ali povećanje efikasnosti spektra povećalo je zahtjeve za omjerom telekomunikacija-šum, čime se smanjuje udaljenost prijenosa; drugi je da se u potpunosti iskoristi faza. Kapacitet prenosa informacija polarizacionog stanja se koristi za prenos, što je druga generacija koherentnog optičkog komunikacionog sistema.
Koherentni optički komunikacioni sistem druge generacije koristi optički mikser za intradinsku detekciju i prihvata prijem polarizacionog diverziteta, to jest, na kraju prijema signalno svetlo i svetlost lokalnog oscilatora se razlažu u dva snopa svetlosti čija su polarizaciona stanja ortogonalna. jedni drugima. Na ovaj način može se postići prijem neosjetljiv na polarizaciju. Osim toga, treba naglasiti da se u ovom trenutku praćenje frekvencije, oporavak faze nosioca, ekvilizacija, sinhronizacija, praćenje polarizacije i demultipleksiranje na prijemnoj strani mogu završiti tehnologijom digitalne obrade signala (DSP), što uvelike pojednostavljuje hardver dizajn prijemnika i poboljšana sposobnost oporavka signala.
Neki izazovi i razmatranja s kojima se suočava razvoj komunikacijske tehnologije optičkih vlakana
Primjenom različitih tehnologija, akademski krugovi i industrija su u osnovi dosegli granicu spektralne efikasnosti komunikacijskog sistema optičkih vlakana. Da bi se nastavio povećavati kapacitet prenosa, to se može postići samo povećanjem propusnog opsega sistema B (linearno povećanje kapaciteta) ili povećanjem odnosa signal-šum. Konkretna rasprava je sljedeća.
1. Rješenje za povećanje snage prijenosa
Budući da se nelinearni efekat uzrokovan prijenosom velike snage može smanjiti pravilnim povećanjem efektivne površine poprečnog presjeka vlakna, rješenje je za povećanje snage korištenjem malomodnih vlakana umjesto jednomodnih vlakana za prijenos. Osim toga, trenutno najčešće rješenje za nelinearne efekte je korištenje algoritma digitalnog povratnog širenja (DBP), ali poboljšanje performansi algoritma će dovesti do povećanja složenosti računanja. Nedavno je istraživanje tehnologije mašinskog učenja u nelinearnoj kompenzaciji pokazalo dobre izglede za primjenu, što uvelike smanjuje kompleksnost algoritma, tako da dizajn DBP sistema može biti potpomognut mašinskim učenjem u budućnosti.
2. Povećajte propusni opseg optičkog pojačala
Povećanje propusnog opsega može probiti ograničenje frekvencijskog opsega EDFA. Osim C-opsega i L-opsega, S-opseg se također može uključiti u opseg primjene, a za pojačanje se može koristiti SOA ili Raman pojačalo. Međutim, postojeće optičko vlakno ima veliki gubitak u frekventnim opsezima osim u S-opsegu, te je potrebno dizajnirati novi tip optičkog vlakna kako bi se smanjio gubitak prijenosa. Ali za ostale opsege, komercijalno dostupna tehnologija optičkog pojačanja također je izazov.
3. Istraživanje optičkih vlakana s malim gubicima u prijenosu
Istraživanje vlakana sa malim gubicima u prijenosu jedno je od najkritičnijih pitanja u ovoj oblasti. Vlakna sa šupljim jezgrom (HCF) imaju mogućnost manjih gubitaka u prijenosu, što će smanjiti vremensko kašnjenje prijenosa vlakana i može u velikoj mjeri eliminirati nelinearni problem vlakana.
4. Istraživanje o tehnologijama vezanim za svemirsko multipleksiranje
Tehnologija multipleksiranja sa podjelom prostora je efikasno rješenje za povećanje kapaciteta jednog vlakna. Naime, za prijenos se koristi višejezgreno optičko vlakno, a kapacitet jednog vlakna je udvostručen. Ključno pitanje u ovom pogledu je da li postoji optičko pojačalo veće efikasnosti. , inače može biti ekvivalentan samo višestrukim jednožilnim optičkim vlaknima; Koristeći tehnologiju multipleksiranja s podjelom na način, uključujući način linearne polarizacije, OAM snop zasnovan na faznoj singularnosti i cilindrični vektorski snop baziran na singularnosti polarizacije, takva tehnologija može biti Multipleksiranje snopa pruža novi stepen slobode i poboljšava kapacitet optičkih komunikacionih sistema. Ima široke izglede za primjenu u komunikacijskoj tehnologiji optičkih vlakana, ali istraživanje povezanih optičkih pojačala također predstavlja izazov. Osim toga, kako uravnotežiti složenost sistema uzrokovanu grupnim kašnjenjem diferencijalnog režima i tehnologijom digitalne ekvilizacije s više ulaza i više izlaza, također je vrijedno pažnje.
Izgledi za razvoj komunikacijske tehnologije optičkih vlakana
Tehnologija komunikacije optičkim vlaknima razvila se od početnog prijenosa male brzine do sadašnjeg prijenosa velike brzine i postala je jedna od tehnologija okosnice koja podržava informacijsko društvo, te je formirala ogromnu disciplinu i društveno polje. U budućnosti, kako se potražnja društva za prijenosom informacija i dalje povećava, komunikacioni sistemi optičkih vlakana i mrežne tehnologije će evoluirati prema ultra-velikim kapacitetima, inteligenciji i integraciji. Dok poboljšavaju performanse prenosa, oni će nastaviti da smanjuju troškove i služe za život ljudi i pomažu zemlji da izgradi informacije. društvo igra važnu ulogu. CeiTa je sarađivao s brojnim organizacijama za prirodne katastrofe, koje mogu predvidjeti regionalna sigurnosna upozorenja kao što su zemljotresi, poplave i cunami. Samo treba biti povezan na ONU CeiTa. Kada dođe do prirodne katastrofe, potresna stanica će izdati rano upozorenje. Terminal pod ONU upozorenjima će biti sinhronizovan.
(1) Inteligentna optička mreža
U poređenju sa bežičnim komunikacionim sistemom, optički komunikacioni sistem i mreža inteligentne optičke mreže su još uvek u početnoj fazi u pogledu konfiguracije mreže, održavanja mreže i dijagnoze kvarova, a stepen inteligencije je nedovoljan. Zbog ogromnog kapaciteta jednog vlakna, pojava bilo kakvog kvara vlakna će imati veliki uticaj na ekonomiju i društvo. Stoga je praćenje parametara mreže veoma važno za razvoj budućih inteligentnih mreža. Pravci istraživanja na koje treba obratiti pažnju u ovom aspektu u budućnosti su: sistem praćenja parametara sistema baziran na pojednostavljenoj koherentnoj tehnologiji i mašinskom učenju, tehnologija praćenja fizičkih veličina zasnovana na koherentnoj analizi signala i fazno osetljivoj optičkoj refleksiji u vremenskom domenu.
(2) Integrisana tehnologija i sistem
Osnovna svrha integracije uređaja je smanjenje troškova. U tehnologiji komunikacije optičkim vlaknima, prijenos signala velike brzine na kratke udaljenosti može se realizirati kroz kontinuiranu regeneraciju signala. Međutim, zbog problema oporavka faze i polarizacionog stanja, integracija koherentnih sistema je još uvijek relativno teška. Osim toga, ako se može realizovati veliki integrisani optičko-električno-optički sistem, kapacitet sistema će takođe biti značajno poboljšan. Međutim, zbog faktora kao što su niska tehnička efikasnost, visoka složenost i poteškoće u integraciji, nemoguće je naširoko promovirati potpuno optičke signale kao što su potpuno optički 2R (ponovno pojačanje, ponovno oblikovanje), 3R (ponovno pojačanje , re-timing, and re-shaping) u području optičkih komunikacija. tehnologija obrade. Prema tome, u pogledu tehnologije i sistema integracije, budući pravci istraživanja su sljedeći: Iako su postojeća istraživanja o sistemima multipleksiranja svemirske podjele relativno bogata, ključne komponente svemirskih multipleksnih sistema još uvijek nisu ostvarile tehnološke pomake u akademskoj zajednici i industriji, i potrebno je dalje jačanje. Istraživanja, kao što su integrisani laseri i modulatori, dvodimenzionalni integrisani prijemnici, integrisana optička pojačala visoke energetske efikasnosti, itd.; nove vrste optičkih vlakana mogu značajno proširiti propusni opseg sistema, ali su i dalje potrebna dalja istraživanja kako bi se osiguralo da njihove sveobuhvatne performanse i proizvodni procesi mogu dostići postojeći nivo jednostrukog modalnog vlakna; proučite različite uređaje koji se mogu koristiti s novim vlaknima u komunikacijskoj vezi.
(3) Optički komunikacioni uređaji
U optičkim komunikacionim uređajima istraživanje i razvoj silicijumskih fotonskih uređaja dalo je početne rezultate. Međutim, trenutno se domaća istraživanja uglavnom zasnivaju na pasivnim uređajima, a istraživanja na aktivnim uređajima su relativno slaba. U pogledu optičkih komunikacionih uređaja, budući pravci istraživanja uključuju: istraživanje integracije aktivnih uređaja i silicijumskih optičkih uređaja; istraživanje tehnologije integracije nesilicijumskih optičkih uređaja, kao što je istraživanje tehnologije integracije III-V materijala i supstrata; dalji razvoj istraživanja i razvoja novih uređaja. Praćenje, kao što je integrisani optički talasovod od litijum niobata sa prednostima velike brzine i niske potrošnje energije.
Vrijeme objave: 03.08.2023
