Neseniai pamažu buvo pradėtas rengti vidurio metų atsakymų lapas dėl bendros Hengqin plėtros tarp Džuhajaus ir Makao. Dėmesį patraukė viena iš tarpvalstybinių optinių skaidulų. Ji nutiesta per Džuhajų ir Makao, kad būtų galima sujungti skaičiavimo galią ir dalytis ištekliais tarp Makao ir Hengqin, taip pat sukurti informacijos kanalą. Šanchajus taip pat skatina visiškai šviesolaidinio ryšio tinklo „optinis į varinį“ modernizavimo ir transformavimo projektą, kad būtų užtikrinta aukštos kokybės ekonominė plėtra ir geresnės ryšio paslaugos gyventojams.
Sparčiai tobulėjant interneto technologijoms, vartotojų interneto srauto poreikis kasdien didėja, todėl optinio pluošto ryšio pajėgumų gerinimas tapo neatidėliotina problema, kurią reikia išspręsti.
Nuo optinio pluošto ryšio technologijos atsiradimo įvyko didelių pokyčių mokslo, technologijų ir visuomenės srityse. Lazerinė informacinė technologija, atstovaujama optinio pluošto ryšio technologijos, kaip svarbus lazerinės technologijos taikymas, sukūrė šiuolaikinio ryšio tinklo struktūrą ir tapo svarbia informacijos perdavimo dalimi. Optinio pluošto ryšio technologija yra svarbi dabartinio interneto pasaulio nešėja ir viena iš pagrindinių informacijos amžiaus technologijų.
Nuolat atsirandant įvairioms naujoms technologijoms, tokioms kaip daiktų internetas, didieji duomenys, virtuali realybė, dirbtinis intelektas (DI), penktosios kartos mobilusis ryšys (5G) ir kitos technologijos, didėja informacijos mainų ir perdavimo reikalavimai. Remiantis 2019 m. „Cisco“ paskelbtais tyrimų duomenimis, pasaulinis metinis IP srautas padidės nuo 1,5 ZB (1 ZB = 1021 B) 2017 m. iki 4,8 ZB 2022 m., o metinis augimo tempas sieks 26 %. Susidūrus su didelio srauto augimo tendencija, optinio pluošto ryšys, kaip pagrindinė ryšio tinklo dalis, patiria didžiulį spaudimą atnaujinti. Didelės spartos, didelės talpos optinio pluošto ryšio sistemos ir tinklai bus pagrindinė optinio pluošto ryšio technologijų plėtros kryptis.
Optinių skaidulų ryšio technologijos vystymosi istorija ir tyrimų statusas
Pirmasis rubino lazeris buvo sukurtas 1960 m., Arthurui Showlowui ir Charlesui Townesui 1958 m. atradus lazerių veikimo principą. 1970 m. buvo sėkmingai sukurtas pirmasis AlGaAs puslaidininkinis lazeris, galintis nuolat veikti kambario temperatūroje, o 1977 m. buvo realizuotas puslaidininkinis lazeris, galintis nuolat veikti dešimtis tūkstančių valandų praktinėje aplinkoje.
Iki šiol lazeriai turi visas komercinio optinio pluošto ryšio prielaidas. Nuo pat lazerio išradimo pradžios išradėjai pripažino jo svarbų potencialą ryšio srityje. Tačiau lazerinio ryšio technologija turi du akivaizdžius trūkumus: pirma, dėl lazerio spindulio sklaidos bus prarandama daug energijos; antra, jai didelę įtaką daro taikymo aplinka, pavyzdžiui, atmosferos aplinkoje labai keisis oro sąlygos. Todėl lazeriniam ryšiui labai svarbus tinkamas optinis bangolaidis.
Nobelio fizikos premijos laureato dr. Kao Kungo pasiūlytas ryšio optinis pluoštas atitinka lazerinio ryšio technologijos bangolaidžių poreikius. Jis teigė, kad stiklo optinio pluošto Rayleigh sklaidos nuostoliai gali būti labai maži (mažiau nei 20 dB/km), o optinio pluošto galios nuostoliai daugiausia atsiranda dėl šviesos absorbcijos stiklo medžiagų priemaišomis, todėl medžiagos valymas yra raktas į optinio pluošto nuostolių mažinimą, taip pat atkreipė dėmesį į tai, kad vienmodis perdavimas yra svarbus norint išlaikyti gerą ryšio kokybę.
1970 m. „Corning Glass Company“, remdamasi dr. Kao gryninimo pasiūlymu, sukūrė kvarco pagrindu pagamintą daugiamodį optinį pluoštą, kurio nuostoliai siekė apie 20 dB/km, taip optinį pluoštą paversdama ryšio perdavimo terpės realybe. Po nuolatinių tyrimų ir plėtros kvarco pagrindu pagamintų optinių pluoštų nuostoliai priartėjo prie teorinės ribos. Iki šiol optinio pluošto ryšio sąlygos buvo visiškai patenkintos.
Ankstyvosiose optinio pluošto ryšio sistemose buvo naudojamas tiesioginio aptikimo priėmimo metodas. Tai gana paprastas optinio pluošto ryšio metodas. PD yra kvadratinės dėsnio detektorius, ir juo galima aptikti tik optinio signalo intensyvumą. Šis tiesioginio aptikimo priėmimo metodas tęsėsi nuo pirmosios optinio pluošto ryšio technologijos kartos aštuntajame dešimtmetyje iki dešimtojo dešimtmečio pradžios.
Norint padidinti spektro panaudojimą pralaidumo ribose, reikia pradėti nuo dviejų aspektų: pirma, naudoti technologiją, kad būtų pasiekta Shannon riba, tačiau padidėjęs spektro efektyvumas padidino telekomunikacijų ir triukšmo santykio reikalavimus, taip sumažinant perdavimo atstumą; kita vertus, visapusiškai išnaudoti fazę. Perdavimui naudojama poliarizacijos būsenos informacijos nešimo talpa, kuri yra antros kartos koherentinė optinė ryšio sistema.
Antros kartos koherentinė optinė ryšio sistema naudoja optinį maišytuvą intradino aptikimui ir priima poliarizacijos įvairovės priėmimą, t. y. priimančiame gale signalo šviesa ir vietinio osciliatoriaus šviesa yra suskaidomos į du šviesos pluoštus, kurių poliarizacijos būsenos yra viena kitai statmenos. Tokiu būdu galima pasiekti poliarizacijos nejautrų priėmimą. Be to, reikėtų atkreipti dėmesį, kad šiuo metu dažnio sekimas, nešiklio fazės atkūrimas, išlyginimas, sinchronizavimas, poliarizacijos sekimas ir demultipleksavimas priimančiame gale gali būti atliekami naudojant skaitmeninio signalo apdorojimo (DSP) technologiją, kuri labai supaprastina imtuvo aparatinės įrangos konstrukciją ir pagerina signalo atkūrimo galimybes.
Kai kurie iššūkiai ir svarstymai, su kuriais susiduriama plėtojant optinio pluošto ryšio technologijas
Taikant įvairias technologijas, akademiniai sluoksniai ir pramonė iš esmės pasiekė optinio pluošto ryšio sistemos spektrinio efektyvumo ribą. Norint toliau didinti perdavimo pajėgumą, tai galima pasiekti tik didinant sistemos pralaidumą B (tiesiškai didinant pajėgumą) arba didinant signalo ir triukšmo santykį. Konkretus aptarimas pateikiamas toliau.
1. Sprendimas padidinti perdavimo galią
Kadangi netiesinį efektą, kurį sukelia didelės galios perdavimas, galima sumažinti tinkamai padidinus efektyvų šviesolaidžio skerspjūvio plotą, tai yra sprendimas padidinti galią, naudojant kelių modų šviesolaidį vietoj vienmodžio šviesolaidžio. Be to, šiuo metu labiausiai paplitęs netiesinių efektų sprendimas yra naudoti skaitmeninio atgalinio sklidimo (DBP) algoritmą, tačiau algoritmo našumo pagerinimas padidins skaičiavimo sudėtingumą. Neseniai atlikti mašininio mokymosi technologijos tyrimai netiesinio kompensavimo srityje parodė gerą taikymo perspektyvą, kuri žymiai sumažina algoritmo sudėtingumą, todėl ateityje mašininis mokymasis gali padėti projektuojant DBP sistemą.
2. Padidinkite optinio stiprintuvo pralaidumą
Padidinus pralaidumą, galima įveikti EDFA dažnių diapazono apribojimus. Be C ir L juostų, į taikymo sritį galima įtraukti ir S juostą, o stiprinimui galima naudoti SOA arba Ramano stiprintuvą. Tačiau esamas optinis pluoštas patiria didelius nuostolius kitose dažnių juostose nei S juosta, todėl reikia sukurti naujo tipo optinį pluoštą, kad būtų sumažinti perdavimo nuostoliai. Tačiau likusioms juostoms iššūkis taip pat yra komerciškai prieinama optinio stiprinimo technologija.
3. Mažo perdavimo nuostolių optinio pluošto tyrimai
Mažo perdavimo nuostolių optinio pluošto tyrimai yra vienas iš svarbiausių šios srities klausimų. Tuščiaviduris optinis pluoštas (HCF) gali sumažinti perdavimo nuostolius, o tai sumažins optinio pluošto perdavimo laiko uždelsimą ir gali gerokai pašalinti netiesinę optinio pluošto problemą.
4. Erdvinio dalijimo multipleksavimo technologijų tyrimai
Erdvinio dalijimo multipleksavimo technologija yra efektyvus sprendimas padidinti vieno pluošto pralaidumą. Tiksliau sakant, perdavimui naudojamas daugiagyslis optinis pluoštas, kurio pralaidumas padvigubėja. Pagrindinis klausimas šiuo atžvilgiu yra tai, ar yra efektyvesnis optinis stiprintuvas, kitaip jis gali būti lygiavertis tik keliems vieno branduolio optiniams pluoštams; naudojant režimo dalijimo multipleksavimo technologiją, įskaitant tiesinės poliarizacijos režimą, OAM spindulį, pagrįstą fazės singuliarumu, ir cilindrinį vektoriaus spindulį, pagrįstą poliarizacijos singuliarumu, tokia technologija gali būti... Spindulio multipleksavimas suteikia naują laisvės laipsnį ir pagerina optinių ryšio sistemų pralaidumą. Ji turi plačias taikymo perspektyvas optinių pluoštų ryšio technologijose, tačiau iššūkis yra ir susijusių optinių stiprintuvų tyrimai. Be to, dėmesio vertas ir tai, kaip subalansuoti sistemos sudėtingumą, kurį sukelia diferencinio režimo grupės vėlavimas ir kelių įėjimų bei kelių išėjimų skaitmeninio išlyginimo technologija.
Optinių skaidulų ryšio technologijos plėtros perspektyvos
Optinio pluošto ryšio technologija išsivystė nuo pradinio mažo greičio perdavimo iki dabartinio didelio greičio perdavimo ir tapo viena iš pagrindinių informacinę visuomenę palaikančių technologijų, suformuodama didžiulę discipliną ir socialinę sritį. Ateityje, didėjant visuomenės informacijos perdavimo poreikiui, optinio pluošto ryšio sistemos ir tinklo technologijos vystysis itin didelių pajėgumų, intelektualumo ir integracijos link. Gerinant perdavimo našumą, jos ir toliau mažins išlaidas, tarnaus žmonių pragyvenimui ir padės šaliai kurti informaciją. Visuomenė vaidina svarbų vaidmenį. „CeiTa“ bendradarbiauja su daugybe stichinių nelaimių organizacijų, kurios gali numatyti regioninius saugos įspėjimus, tokius kaip žemės drebėjimai, potvyniai ir cunamiai. Ją tereikia prijungti prie „CeiTa“ ONU. Įvykus stichinei nelaimei, žemės drebėjimo stotis pateiks išankstinį įspėjimą. ONU įspėjimų terminalas bus sinchronizuotas.
(1) Pažangus optinis tinklas
Palyginti su belaidžio ryšio sistema, intelektualiojo optinio tinklo optinio ryšio sistema ir tinklas vis dar yra pradinėje tinklo konfigūracijos, tinklo priežiūros ir gedimų diagnostikos stadijoje, o intelekto laipsnis yra nepakankamas. Dėl didžiulio vieno pluošto pajėgumo bet koks pluošto gedimas turės didelį poveikį ekonomikai ir visuomenei. Todėl tinklo parametrų stebėjimas yra labai svarbus kuriant būsimus intelektualiuosius tinklus. Šiuo aspektu ateityje reikia atkreipti dėmesį į šias tyrimų kryptis: sistemos parametrų stebėjimo sistemą, pagrįstą supaprastinta koherentine technologija ir mašininiu mokymusi, fizinių dydžių stebėjimo technologiją, pagrįstą koherentine signalų analize, ir fazei jautrų optinį laiko srities atspindį.
(2) Integruota technologija ir sistema
Pagrindinis įrenginių integravimo tikslas – sumažinti sąnaudas. Optinio pluošto ryšio technologijoje signalų perdavimas trumpais atstumais dideliu greičiu gali būti realizuotas nuolat regeneruojant signalus. Tačiau dėl fazės ir poliarizacijos būsenos atkūrimo problemų koherentinių sistemų integravimas vis dar yra gana sudėtingas. Be to, jei pavyks įgyvendinti didelio masto integruotą optinę-elektrinę-optinę sistemą, sistemos pajėgumas taip pat bus žymiai pagerintas. Tačiau dėl tokių veiksnių kaip mažas techninis efektyvumas, didelis sudėtingumas ir integravimo sunkumai, optinių ryšių apdorojimo technologijų srityje neįmanoma plačiai propaguoti vien optinių signalų, tokių kaip vien optiniai 2R (pakartotinis stiprinimas, performavimas), 3R (pakartotinis stiprinimas, perlaikinimas ir performavimas). Todėl, kalbant apie integravimo technologijas ir sistemas, būsimos tyrimų kryptys yra šios: nors esami erdvinio dalijimo multipleksavimo sistemų tyrimai yra gana gausūs, pagrindiniai erdvinio dalijimo multipleksavimo sistemų komponentai dar nepasiekė technologinių proveržių akademinėje bendruomenėje ir pramonėje, todėl reikia toliau stiprinti. Tyrimai, tokie kaip integruoti lazeriai ir moduliatoriai, dvimačiai integruoti imtuvai, didelio energijos vartojimo efektyvumo integruoti optiniai stiprintuvai ir kt.; naujų tipų optiniai pluoštai gali žymiai padidinti sistemos pralaidumą, tačiau vis dar reikia atlikti tolesnius tyrimus, siekiant užtikrinti, kad jų visapusiškas veikimas ir gamybos procesai galėtų pasiekti esamą vieno režimo pluošto lygį; ištirti įvairius įrenginius, kurie gali būti naudojami su nauju pluoštu ryšio jungtyje.
(3) Optiniai ryšio įrenginiai
Optinių ryšio įrenginių srityje silicio fotoninių įrenginių tyrimai ir plėtra jau davė pradinių rezultatų. Tačiau šiuo metu vidaus tyrimai daugiausia grindžiami pasyviaisiais įrenginiais, o aktyviųjų įrenginių tyrimai yra gana silpni. Kalbant apie optinius ryšio įrenginius, būsimos tyrimų kryptys apima: aktyviųjų ir silicio optinių įrenginių integravimo tyrimus; ne silicio optinių įrenginių integravimo technologijų tyrimus, pvz., III-V medžiagų ir substratų integravimo technologijų tyrimus; tolesnį naujų įrenginių tyrimų ir plėtros plėtrą. Tolesni veiksmai, pvz., integruotas ličio niobato optinis bangolaidis, pasižymintis didelio greičio ir mažo energijos suvartojimo privalumais.
Įrašo laikas: 2023 m. rugpjūčio 3 d.
