Nu cu mult timp în urmă, foaia de răspuns de la jumătatea anului pentru dezvoltarea comună a Hengqin între Zhuhai și Macao se desfășura încet. Una dintre fibrele optice transfrontaliere a atras atenția. A trecut prin Zhuhai și Macao pentru a realiza interconectarea puterii de calcul și partajarea resurselor de la Macao la Hengqin și pentru a construi un canal de informare. Shanghai promovează, de asemenea, proiectul de modernizare și transformare a rețelei de comunicații din fibre „optice în spate din cupru”, pentru a asigura o dezvoltare economică de înaltă calitate și servicii de comunicații mai bune pentru rezidenți.
Odată cu dezvoltarea rapidă a tehnologiei Internet, cererea utilizatorilor de trafic pe Internet crește pe zi ce trece, modul de îmbunătățire a capacității de comunicare prin fibră optică a devenit o problemă urgentă de rezolvat.
De la apariția tehnologiei de comunicații prin fibră optică, aceasta a adus schimbări majore în domeniile științei și tehnologiei și societății. Ca o aplicație importantă a tehnologiei laser, tehnologia informației laser reprezentată de tehnologia de comunicație prin fibră optică a construit cadrul rețelei de comunicații moderne și a devenit o parte importantă a transmisiei informațiilor. Tehnologia de comunicații prin fibră optică este o forță importantă a lumii actuale a Internetului și este, de asemenea, una dintre tehnologiile de bază ale erei informației.
Odată cu apariția continuă a diferitelor tehnologii emergente, cum ar fi Internetul lucrurilor, datele mari, realitatea virtuală, inteligența artificială (AI), comunicațiile mobile de generația a cincea (5G) și alte tehnologii, sunt impuse cerințe mai mari pentru schimbul și transmiterea de informații. Conform datelor de cercetare publicate de Cisco în 2019, traficul IP anual global va crește de la 1,5ZB (1ZB=1021B) în 2017 la 4,8ZB în 2022, cu o rată de creștere anuală compusă de 26%. Confruntat cu tendința de creștere a traficului ridicat, comunicațiile cu fibră optică, ca parte cea mai centrală a rețelei de comunicații, sunt supuse unei presiuni extraordinare pentru a face upgrade. Sistemele și rețelele de comunicații cu fibră optică de mare viteză și capacitate mare vor fi direcția principală de dezvoltare a tehnologiei de comunicații prin fibră optică.
Istoricul dezvoltării și stadiul cercetării tehnologiei de comunicații cu fibră optică
Primul laser rubin a fost dezvoltat în 1960, în urma descoperirii modului în care funcționează laserele de către Arthur Showlow și Charles Townes în 1958. Apoi, în 1970, a fost dezvoltat cu succes primul laser semiconductor AlGaAs capabil de funcționare continuă la temperatura camerei, iar în 1977, laserul cu semiconductor a fost realizat pentru a funcționa continuu timp de zeci de mii de ore într-un mediu practic.
Până acum, laserele au condițiile prealabile pentru comunicarea comercială prin fibră optică. Inca de la inceputul inventarii laserului, inventatorii au recunoscut importanta sa aplicatie potentiala in domeniul comunicatiilor. Cu toate acestea, există două neajunsuri evidente în tehnologia de comunicare cu laser: unul este că se va pierde o cantitate mare de energie din cauza divergenței fasciculului laser; celălalt este că este foarte afectat de mediul de aplicare, cum ar fi aplicarea în mediul atmosferic va fi supus în mod semnificativ la schimbări în condițiile meteorologice . Prin urmare, pentru comunicarea cu laser, un ghid de undă optic adecvat este foarte important.
Fibra optică folosită pentru comunicare propusă de Dr. Kao Kung, laureatul Premiului Nobel pentru fizică, răspunde nevoilor tehnologiei de comunicare cu laser pentru ghiduri de undă. El a propus că pierderea prin împrăștiere Rayleigh a fibrei optice de sticlă poate fi foarte mică (mai puțin de 20 dB/km), iar pierderea de putere în fibra optică provine în principal din absorbția luminii de către impuritățile din materialele din sticlă, astfel încât purificarea materialului este cheia. pentru a reduce pierderea fibrei optice Cheie și, de asemenea, a subliniat că transmisia monomod este importantă pentru a menține o performanță bună de comunicare.
În 1970, Corning Glass Company a dezvoltat o fibră optică multimodală pe bază de cuarț, cu o pierdere de aproximativ 20 dB/km conform sugestiei de purificare a Dr. Kao, făcând din fibra optică o realitate pentru mediile de transmisie de comunicații. După cercetări și dezvoltare continue, pierderea fibrelor optice pe bază de cuarț s-a apropiat de limita teoretică. Până acum, condițiile de comunicare prin fibră optică au fost pe deplin îndeplinite.
Sistemele timpurii de comunicații cu fibră optică au adoptat toate metoda de recepție a detectării directe. Aceasta este o metodă de comunicare prin fibră optică relativ simplă. PD este un detector de lege pătrată și poate fi detectată doar intensitatea semnalului optic. Această metodă de recepție cu detecție directă a continuat de la prima generație de tehnologie de comunicații prin fibră optică în anii 1970 până la începutul anilor 1990.
Pentru a crește utilizarea spectrului în lățimea de bandă, trebuie să pornim de la două aspecte: unul este utilizarea tehnologiei pentru a se apropia de limita Shannon, dar creșterea eficienței spectrului a crescut cerințele pentru raportul telecomunicații-zgomot, reducând astfel distanta de transmisie; celălalt este de a folosi pe deplin faza. Capacitatea de transport a informațiilor a stării de polarizare este utilizată pentru transmisie, care este a doua generație a sistemului de comunicații optice coerente.
Sistemul de comunicații optice coerente de a doua generație folosește un mixer optic pentru detectarea intradină și adoptă recepția diversității de polarizare, adică la capătul de recepție, lumina de semnal și lumina oscilatorului local sunt descompuse în două fascicule de lumină ale căror stări de polarizare sunt ortogonale. unul la altul. În acest fel, poate fi realizată recepția insensibilă la polarizare. În plus, trebuie subliniat că în acest moment, urmărirea frecvenței, recuperarea fazei purtătoarei, egalizarea, sincronizarea, urmărirea polarizării și demultiplexarea la capătul de recepție pot fi completate de tehnologia de procesare a semnalului digital (DSP), care simplifică foarte mult hardware-ul proiectarea receptorului și capacitatea îmbunătățită de recuperare a semnalului.
Câteva provocări și considerații cu care se confruntă dezvoltarea tehnologiei de comunicații prin fibră optică
Prin aplicarea diverselor tehnologii, cercurile academice și industria au atins practic limita eficienței spectrale a sistemului de comunicații prin fibră optică. Pentru a continua creșterea capacității de transmisie, aceasta poate fi realizată doar prin creșterea lățimii de bandă a sistemului B (creșterea liniară a capacității) sau creșterea raportului semnal-zgomot. Discuția specifică este următoarea.
1. Soluție pentru creșterea puterii de transmisie
Deoarece efectul neliniar cauzat de transmisia de mare putere poate fi redus prin creșterea adecvată a ariei efective a secțiunii transversale a fibrei, este o soluție de a crește puterea pentru a utiliza fibre cu câteva moduri în loc de fibre cu un singur mod pentru transmisie. În plus, cea mai comună soluție actuală pentru efectele neliniare este utilizarea algoritmului de retropropagare digitală (DBP), dar îmbunătățirea performanței algoritmului va duce la o creștere a complexității de calcul. Recent, cercetarea tehnologiei de învățare automată în compensarea neliniară a arătat o bună perspectivă de aplicare, ceea ce reduce foarte mult complexitatea algoritmului, astfel încât proiectarea sistemului DBP poate fi asistată de învățarea automată în viitor.
2. Măriți lățimea de bandă a amplificatorului optic
Creșterea lățimii de bandă poate depăși limitarea intervalului de frecvență al EDFA. Pe lângă banda C și banda L, banda S poate fi inclusă și în gama de aplicații, iar amplificatorul SOA sau Raman poate fi folosit pentru amplificare. Cu toate acestea, fibra optică existentă are o pierdere mare în benzile de frecvență, altele decât banda S, și este necesar să se proiecteze un nou tip de fibră optică pentru a reduce pierderea de transmisie. Dar pentru restul benzilor, tehnologia de amplificare optică disponibilă comercial este, de asemenea, o provocare.
3. Cercetări privind fibra optică cu pierderi reduse de transmisie
Cercetarea asupra fibrei cu pierderi reduse de transmisie este una dintre cele mai critice probleme în acest domeniu. Fibra cu miez gol (HCF) are posibilitatea unei pierderi de transmisie mai reduse, ceea ce va reduce întârzierea transmisiei fibrei și poate elimina într-o mare măsură problema neliniară a fibrei.
4. Cercetări privind tehnologiile legate de multiplexarea diviziunii spațiale
Tehnologia de multiplexare cu diviziune spațială este o soluție eficientă pentru creșterea capacității unei singure fibre. Mai exact, fibra optică multi-core este folosită pentru transmisie, iar capacitatea unei singure fibre este dublată. Problema de bază în acest sens este dacă există un amplificator optic cu eficiență mai mare. , altfel poate fi echivalent doar cu mai multe fibre optice cu un singur nucleu; folosind tehnologia de multiplexare cu diviziune de mod, inclusiv modul de polarizare liniară, fascicul OAM bazat pe singularitatea de fază și fascicul vectorial cilindric bazat pe singularitatea polarizării, o astfel de tehnologie poate fi Multiplexarea fasciculului oferă un nou grad de libertate și îmbunătățește capacitatea sistemelor de comunicații optice. Are perspective largi de aplicare în tehnologia comunicațiilor cu fibră optică, dar cercetarea amplificatoarelor optice aferente este, de asemenea, o provocare. În plus, este demn de atenție modul de a echilibra complexitatea sistemului cauzată de întârzierea grupului de mod diferenţial și de tehnologia de egalizare digitală cu intrări multiple şi ieşiri multiple.
Perspective pentru dezvoltarea tehnologiei de comunicații prin fibră optică
Tehnologia de comunicații prin fibră optică s-a dezvoltat de la transmisia inițială de viteză redusă la transmisia actuală de mare viteză și a devenit una dintre tehnologiile coloana vertebrală care susțin societatea informațională și a format o disciplină și un domeniu social uriaș. În viitor, pe măsură ce cererea societății de transmitere a informațiilor continuă să crească, sistemele de comunicații cu fibră optică și tehnologiile de rețea vor evolua către capacitate, inteligență și integrare ultra-mare. În timp ce îmbunătățesc performanța transmisiei, vor continua să reducă costurile și să servească mijloacele de trai ale oamenilor și să ajute țara să construiască informații. societatea joacă un rol important. CeiTa a cooperat cu o serie de organizații de dezastre naturale, care pot prezice avertismente regionale de siguranță, cum ar fi cutremure, inundații și tsunami. Trebuie doar conectat la ONU CeiTa. Când are loc un dezastru natural, stația de cutremur va emite o avertizare timpurie. Terminalul din Alertele ONU va fi sincronizat.
(1) Rețea optică inteligentă
În comparație cu sistemul de comunicații fără fir, sistemul de comunicații optice și rețeaua rețelei optice inteligente sunt încă în stadiul inițial în ceea ce privește configurarea rețelei, întreținerea rețelei și diagnosticarea defecțiunilor, iar gradul de inteligență este insuficient. Datorită capacității uriașe a unei singure fibre, apariția oricărei defecțiuni a fibrei va avea un impact mare asupra economiei și societății. Prin urmare, monitorizarea parametrilor rețelei este foarte importantă pentru dezvoltarea viitoarelor rețele inteligente. Direcțiile de cercetare cărora trebuie să se acorde atenție în viitor în acest aspect includ: sistem de monitorizare a parametrilor sistemului bazat pe tehnologie coerentă simplificată și învățare automată, tehnologie de monitorizare a cantității fizice bazată pe analiza coerentă a semnalului și reflectarea optică în domeniul timpului sensibilă la fază.
(2) Tehnologie și sistem integrat
Scopul principal al integrării dispozitivelor este reducerea costurilor. În tehnologia de comunicație prin fibră optică, transmisia de mare viteză pe distanțe scurte a semnalelor poate fi realizată prin regenerarea continuă a semnalului. Cu toate acestea, din cauza problemelor de refacere a stării de fază și polarizare, integrarea sistemelor coerente este încă relativ dificilă. În plus, dacă se poate realiza un sistem optic-electric-optic integrat la scară largă, capacitatea sistemului va fi, de asemenea, îmbunătățită semnificativ. Cu toate acestea, din cauza unor factori precum eficiența tehnică scăzută, complexitatea ridicată și dificultatea de integrare, este imposibil să se promoveze pe scară largă semnale integral optice, cum ar fi 2R (reamplificare, remodelare), 3R (reamplificare) , re-timing și re-shaping) în domeniul comunicațiilor optice. tehnologie de prelucrare. Prin urmare, în ceea ce privește tehnologia și sistemele de integrare, direcțiile viitoare de cercetare sunt următoarele: Deși cercetările existente privind sistemele de multiplexare cu diviziune spațială sunt relativ bogate, componentele cheie ale sistemelor de multiplexare cu diviziune spațială nu au realizat încă progrese tehnologice în mediul academic și industrie, și este necesară o consolidare suplimentară. Cercetare, cum ar fi lasere și modulatoare integrate, receptoare integrate bidimensionale, amplificatoare optice integrate de înaltă eficiență energetică etc.; noile tipuri de fibre optice pot extinde semnificativ lățimea de bandă a sistemului, dar sunt încă necesare cercetări suplimentare pentru a se asigura că performanța lor cuprinzătoare și procesele de fabricație pot atinge nivelul unic existent de fibră de mod; studiază diverse dispozitive care pot fi utilizate cu noua fibră în legătura de comunicație.
(3) Dispozitive optice de comunicare
În dispozitivele de comunicații optice, cercetarea și dezvoltarea dispozitivelor fotonice cu siliciu a obținut rezultate inițiale. Cu toate acestea, în prezent, cercetările interne se bazează în principal pe dispozitive pasive, iar cercetarea asupra dispozitivelor active este relativ slabă. În ceea ce privește dispozitivele de comunicații optice, direcțiile viitoare de cercetare includ: cercetarea integrării dispozitivelor active și a dispozitivelor optice cu siliciu; cercetare privind tehnologia de integrare a dispozitivelor optice fără siliciu, cum ar fi cercetarea privind tehnologia de integrare a materialelor și substraturilor III-V; dezvoltarea în continuare a cercetării și dezvoltării de noi dispozitive. Continuare, cum ar fi ghidul de undă optic integrat cu niobat de litiu cu avantajele vitezei mari și consumului redus de energie.
Ora postării: Aug-03-2023
