Jo shumë kohë më parë, fleta e përgjigjeve të mesvitit për zhvillimin e përbashkët të Hengqin midis Zhuhai dhe Makao po shpalosej ngadalë. Një nga fibrat optike ndërkufitare tërhoqi vëmendjen. Ai kaloi nëpër Zhuhai dhe Macao për të realizuar ndërlidhjen e fuqisë kompjuterike dhe ndarjen e burimeve nga Makao në Hengqin dhe për të ndërtuar një kanal informacioni. Shanghai po promovon gjithashtu projektin e përmirësimit dhe transformimit të rrjetit të komunikimit me fibra "optike në mbrapa bakri" për të siguruar zhvillim ekonomik me cilësi të lartë dhe shërbime më të mira komunikimi për banorët.
Me zhvillimin e shpejtë të teknologjisë së internetit, kërkesa e përdoruesve për trafikun e internetit po rritet dita ditës, mënyra se si të përmirësohet kapaciteti i komunikimit me fibra optike është bërë një problem urgjent për t'u zgjidhur.
Që nga shfaqja e teknologjisë së komunikimit me fibra optike, ajo ka sjellë ndryshime të mëdha në fushën e shkencës, teknologjisë dhe shoqërisë. Si një aplikim i rëndësishëm i teknologjisë lazer, teknologjia e informacionit lazer e përfaqësuar nga teknologjia e komunikimit me fibra optike ka ndërtuar kuadrin e rrjetit modern të komunikimit dhe është bërë një pjesë e rëndësishme e transmetimit të informacionit. Teknologjia e komunikimit me fibra optike është një forcë e rëndësishme mbajtëse e botës aktuale të internetit dhe është gjithashtu një nga teknologjitë thelbësore të epokës së informacionit.
Me shfaqjen e vazhdueshme të teknologjive të ndryshme në zhvillim si Interneti i Gjërave, të dhënat e mëdha, realiteti virtual, inteligjenca artificiale (AI), komunikimet celulare të gjeneratës së pestë (5G) dhe teknologji të tjera, kërkesa më të larta vendosen për shkëmbimin dhe transmetimin e informacionit. Sipas të dhënave kërkimore të lëshuara nga Cisco në 2019, trafiku vjetor global i IP-së do të rritet nga 1.5ZB (1ZB=1021B) në 2017 në 4.8ZB në 2022, me një normë të përbërë rritjeje vjetore prej 26%. Përballë tendencës së rritjes së trafikut të lartë, komunikimi me fibra optike, si pjesa më kryesore e rrjetit të komunikimit, është nën presion të jashtëzakonshëm për t'u përmirësuar. Sistemet dhe rrjetet e komunikimit me fibra optike me shpejtësi të lartë dhe me kapacitet të madh do të jenë drejtimi kryesor i zhvillimit të teknologjisë së komunikimit me fibra optike.
Historia e zhvillimit dhe statusi i kërkimit të teknologjisë së komunikimit me fibra optike
Lazeri i parë rubin u zhvillua në vitin 1960, pas zbulimit se si funksionojnë lazerët nga Arthur Showlow dhe Charles Townes në vitin 1958. Më pas, në vitin 1970, lazeri i parë gjysmëpërçues AlGaAs i aftë për funksionim të vazhdueshëm në temperaturën e dhomës u zhvillua me sukses dhe në 1977, lazeri gjysmëpërçues u realizua për të punuar vazhdimisht për dhjetëra mijëra orë në një mjedis praktik.
Deri më tani, lazerët kanë parakushtet për komunikim komercial me fibra optike. Që nga fillimi i shpikjes së lazerit, shpikësit njohën aplikimin e tij të rëndësishëm potencial në fushën e komunikimit. Megjithatë, ekzistojnë dy mangësi të dukshme në teknologjinë e komunikimit me lazer: njëra është se një sasi e madhe energjie do të humbasë për shkak të divergjencës së rrezes lazer; tjetra është se ajo është e ndikuar shumë nga mjedisi i aplikimit, të tilla si aplikimi në mjedisin atmosferik do të jetë dukshëm subjekt i ndryshimeve në kushtet e motit. Prandaj, për komunikimin me lazer, një valëdhënës optik i përshtatshëm është shumë i rëndësishëm.
Fibra optike e përdorur për komunikim e propozuar nga Dr. Kao Kung, fitues i çmimit Nobel në fizikë, plotëson nevojat e teknologjisë së komunikimit me lazer për përcjellësit e valëve. Ai propozoi që humbja e shpërndarjes Rayleigh të fibrës optike të qelqit mund të jetë shumë e ulët (më pak se 20 dB/km), dhe humbja e fuqisë në fibrën optike vjen kryesisht nga thithja e dritës nga papastërtitë në materialet e qelqit, kështu që pastrimi i materialit është çelësi. për reduktimin e humbjes së fibrave optike Key, dhe gjithashtu vuri në dukje se transmetimi me një mënyrë është i rëndësishëm për të ruajtur performancën e mirë të komunikimit.
Në vitin 1970, Corning Glass Company zhvilloi një fibër optike multimode me bazë kuarci me një humbje prej rreth 20dB/km sipas sugjerimit të pastrimit të Dr. Kao, duke e bërë fibrën optike realitet për mediat e transmetimit të komunikimit. Pas kërkimeve dhe zhvillimit të vazhdueshëm, humbja e fibrave optike të bazuara në kuarc iu afrua kufirit teorik. Deri më tani, kushtet e komunikimit me fibra optike janë plotësuar plotësisht.
Sistemet e hershme të komunikimit me fibra optike adoptuan të gjitha metodën e marrjes së zbulimit të drejtpërdrejtë. Kjo është një metodë relativisht e thjeshtë e komunikimit me fibra optike. PD është një detektor i ligjit katror dhe mund të zbulohet vetëm intensiteti i sinjalit optik. Kjo metodë e marrjes së zbulimit të drejtpërdrejtë ka vazhduar që nga gjenerata e parë e teknologjisë së komunikimit me fibra optike në vitet 1970 deri në fillim të viteve 1990.
Për të rritur përdorimin e spektrit brenda gjerësisë së brezit, duhet të fillojmë nga dy aspekte: njëri është përdorimi i teknologjisë për t'iu afruar kufirit të Shannon, por rritja e efikasitetit të spektrit ka rritur kërkesat për raportin e telekomunikacionit ndaj zhurmës, duke reduktuar kështu distanca e transmetimit; tjetra është përdorimi i plotë i fazës, Kapaciteti mbajtës i informacionit i gjendjes së polarizimit përdoret për transmetim, i cili është sistemi koherent i komunikimit optik i gjeneratës së dytë.
Sistemi koherent i komunikimit optik i gjeneratës së dytë përdor një mikser optik për zbulimin intradyne, dhe miraton marrjen e diversitetit të polarizimit, domethënë, në fundin marrës, drita e sinjalit dhe drita e oshilatorit lokal zbërthehen në dy rreze drite, gjendjet e polarizimit të të cilave janë ortogonale. ndaj njëri-tjetrit. Në këtë mënyrë, mund të arrihet një pritje e pandjeshme ndaj polarizimit. Për më tepër, duhet theksuar se në këtë kohë, gjurmimi i frekuencës, rikuperimi i fazës së bartësit, barazimi, sinkronizimi, gjurmimi i polarizimit dhe demultipleksimi në fundin marrës mund të plotësohen të gjitha nga teknologjia e përpunimit të sinjalit dixhital (DSP), e cila thjeshton shumë harduerin. dizajni i marrësit dhe përmirësimi i aftësisë së rikuperimit të sinjalit.
Disa sfida dhe konsiderata me të cilat përballet zhvillimi i teknologjisë së komunikimit me fibra optike
Nëpërmjet aplikimit të teknologjive të ndryshme, qarqet akademike dhe industria kanë arritur në thelb kufirin e efikasitetit spektral të sistemit të komunikimit me fibra optike. Për të vazhduar rritjen e kapacitetit të transmetimit, kjo mund të arrihet vetëm duke rritur gjerësinë e brezit të sistemit B (rritje lineare të kapacitetit) ose duke rritur raportin sinjal-zhurmë. Diskutimi specifik është si më poshtë.
1. Zgjidhje për të rritur fuqinë e transmetimit
Meqenëse efekti jolinear i shkaktuar nga transmetimi me fuqi të lartë mund të reduktohet duke rritur siç duhet sipërfaqen efektive të seksionit kryq të fibrës, është një zgjidhje për të rritur fuqinë për të përdorur fibra me disa modalitete në vend të fibrës me një modalitet për transmetim. Për më tepër, zgjidhja aktuale më e zakonshme për efektet jolineare është përdorimi i algoritmit të prapapërhapjes dixhitale (DBP), por përmirësimi i performancës së algoritmit do të çojë në një rritje të kompleksitetit llogaritës. Kohët e fundit, hulumtimi i teknologjisë së mësimit të makinerive në kompensimin jolinear ka treguar një perspektivë të mirë aplikimi, e cila redukton shumë kompleksitetin e algoritmit, kështu që dizajni i sistemit DBP mund të ndihmohet nga mësimi i makinerive në të ardhmen.
2. Rritni gjerësinë e brezit të amplifikatorit optik
Rritja e gjerësisë së brezit mund të thyejë kufizimin e diapazonit të frekuencës së EDFA. Përveç brezit C dhe brezit L, brezi S mund të përfshihet gjithashtu në gamën e aplikacionit dhe përforcuesi mund të përdoret përforcues SOA ose Raman. Megjithatë, fibra optike ekzistuese ka një humbje të madhe në brezat e frekuencave të ndryshme nga brezi S, dhe është e nevojshme të projektohet një lloj i ri i fibrës optike për të zvogëluar humbjen e transmetimit. Por për pjesën tjetër të brezave, teknologjia e amplifikimit optik të disponueshme në treg është gjithashtu një sfidë.
3. Hulumtimi mbi fibrën optike me humbje të ulët të transmetimit
Hulumtimi mbi fibrat me humbje të ulët të transmetimit është një nga çështjet më kritike në këtë fushë. Fibra me bërthamë të zbrazët (HCF) ka mundësinë e humbjes më të ulët të transmetimit, e cila do të zvogëlojë vonesën kohore të transmetimit të fibrave dhe mund të eliminojë problemin jolinear të fibrës në një masë të madhe.
4. Hulumtimi mbi teknologjitë e lidhura me multipleksimin e ndarjes së hapësirës
Teknologjia e shumëfishimit të ndarjes së hapësirës është një zgjidhje efektive për të rritur kapacitetin e një fije të vetme. Konkretisht, fibra optike me shumë bërthama përdoret për transmetim dhe kapaciteti i një fibre të vetme është dyfishuar. Çështja kryesore në këtë drejtim është nëse ka një përforcues optik me efikasitet më të lartë. , përndryshe mund të jetë ekuivalente vetëm me fibra optike të shumta me një bërthamë; duke përdorur teknologjinë e shumëfishimit të ndarjes së modalitetit duke përfshirë modalitetin linear të polarizimit, rreze OAM bazuar në singularitetin e fazës dhe rreze vektoriale cilindrike të bazuar në singularitetin e polarizimit, një teknologji e tillë mund të jetë Multipleksimi me rreze ofron një shkallë të re lirie dhe përmirëson kapacitetin e sistemeve të komunikimit optik. Ka perspektiva të gjera aplikimi në teknologjinë e komunikimit me fibra optike, por kërkimi mbi amplifikatorët optikë të lidhur është gjithashtu një sfidë. Për më tepër, mënyra për të balancuar kompleksitetin e sistemit të shkaktuar nga vonesa e grupit të modalitetit diferencial dhe teknologjia e barazimit dixhital me shumë dalje me shumë hyrje është gjithashtu e denjë për vëmendje.
Perspektivat për zhvillimin e teknologjisë së komunikimit me fibra optike
Teknologjia e komunikimit me fibra optike është zhvilluar nga transmetimi fillestar me shpejtësi të ulët deri tek transmetimi aktual me shpejtësi të lartë dhe është bërë një nga teknologjitë kryesore që mbështet shoqërinë e informacionit dhe ka formuar një disiplinë dhe fushë të madhe sociale. Në të ardhmen, ndërsa kërkesa e shoqërisë për transmetimin e informacionit vazhdon të rritet, sistemet e komunikimit me fibra optike dhe teknologjitë e rrjetit do të evoluojnë drejt kapacitetit, inteligjencës dhe integrimit jashtëzakonisht të madh. Ndërkohë që përmirësojnë performancën e transmetimit, ato do të vazhdojnë të reduktojnë kostot dhe t'i shërbejnë jetesës së njerëzve dhe të ndihmojnë vendin të ndërtojë informacion. shoqëria luan një rol të rëndësishëm. Ceita ka bashkëpunuar me një sërë organizatash të fatkeqësive natyrore, të cilat mund të parashikojnë paralajmërime rajonale të sigurisë si tërmetet, përmbytjet dhe cunami. Duhet vetëm të lidhet me ONU të Ceita. Kur ndodh një fatkeqësi natyrore, stacioni i tërmetit do të lëshojë një paralajmërim të hershëm. Terminali nën sinjalizimet ONU do të sinkronizohet.
(1) Rrjet optik inteligjent
Krahasuar me sistemin e komunikimit me valë, sistemi i komunikimit optik dhe rrjeti i rrjetit optik inteligjent janë ende në fazën fillestare për sa i përket konfigurimit të rrjetit, mirëmbajtjes së rrjetit dhe diagnostikimit të defekteve dhe shkalla e inteligjencës është e pamjaftueshme. Për shkak të kapacitetit të madh të një fibre të vetme, shfaqja e çdo dështimi të fibrës do të ketë një ndikim të madh në ekonomi dhe shoqëri. Prandaj, monitorimi i parametrave të rrjetit është shumë i rëndësishëm për zhvillimin e rrjeteve inteligjente në të ardhmen. Drejtimet kërkimore që duhet t'i kushtohet vëmendje në këtë aspekt në të ardhmen përfshijnë: sistemin e monitorimit të parametrave të sistemit të bazuar në teknologjinë koherente të thjeshtuar dhe mësimin e makinerive, teknologjinë e monitorimit të sasisë fizike bazuar në analizën koherente të sinjalit dhe reflektimin optik të domenit kohor të ndjeshëm ndaj fazës.
(2) Teknologji dhe sistem i integruar
Qëllimi kryesor i integrimit të pajisjes është ulja e kostove. Në teknologjinë e komunikimit me fibra optike, transmetimi i sinjaleve me shpejtësi të lartë në distanca të shkurtra mund të realizohet përmes rigjenerimit të vazhdueshëm të sinjalit. Megjithatë, për shkak të problemeve të rimëkëmbjes së gjendjes së fazës dhe polarizimit, integrimi i sistemeve koherente është ende relativisht i vështirë. Përveç kësaj, nëse mund të realizohet një sistem i integruar optiko-elektrik-optik në shkallë të gjerë, kapaciteti i sistemit gjithashtu do të përmirësohet ndjeshëm. Megjithatë, për shkak të faktorëve të tillë si efikasiteti i ulët teknik, kompleksiteti i lartë dhe vështirësia në integrim, është e pamundur të promovohen gjerësisht sinjalet tërësisht optike si 2R tërësisht optike (ri-amplifikimi, riformësimi), 3R (ri-amplifikimi , ri-koha dhe riformësimi) në fushën e komunikimeve optike. teknologjia e përpunimit. Prandaj, për sa i përket teknologjisë dhe sistemeve të integrimit, drejtimet e kërkimit të ardhshëm janë si më poshtë: Megjithëse kërkimet ekzistuese mbi sistemet e multipleksimit të ndarjes së hapësirës janë relativisht të pasura, komponentët kryesorë të sistemeve të multipleksimit të ndarjes së hapësirës nuk kanë arritur ende përparime teknologjike në akademi dhe industri. dhe nevojitet forcimi i mëtejshëm. Kërkime, të tilla si lazer dhe modulatorë të integruar, marrës të integruar dydimensionale, amplifikatorë optikë të integruar me efikasitet të lartë, etj.; llojet e reja të fibrave optike mund të zgjerojnë ndjeshëm gjerësinë e brezit të sistemit, por ende nevojiten kërkime të mëtejshme për të siguruar që performanca e tyre gjithëpërfshirëse dhe proceset e prodhimit mund të arrijnë nivelin ekzistues të fibrës së modalitetit; studioni pajisje të ndryshme që mund të përdoren me fibrën e re në lidhjen e komunikimit.
(3) Pajisjet e komunikimit optik
Në pajisjet e komunikimit optik, kërkimi dhe zhvillimi i pajisjeve fotonike të silikonit ka arritur rezultate fillestare. Megjithatë, për momentin, kërkimi i brendshëm i lidhur bazohet kryesisht në pajisjet pasive, dhe kërkimi mbi pajisjet aktive është relativisht i dobët. Për sa i përket pajisjeve të komunikimit optik, drejtimet e kërkimit të ardhshëm përfshijnë: hulumtimin e integrimit të pajisjeve aktive dhe pajisjeve optike silikoni; kërkime mbi teknologjinë e integrimit të pajisjeve optike jo silikoni, të tilla si kërkimi mbi teknologjinë e integrimit të materialeve dhe nënshtresave III-V; zhvillimi i mëtejshëm i kërkimit dhe zhvillimit të pajisjeve të reja. Ndjekja, të tilla si përcjellës valësh optik i integruar i niobatit të litiumit me avantazhet e shpejtësisë së lartë dhe konsumit të ulët të energjisë.
Koha e postimit: Gusht-03-2023
