Не так даўно ліст з адказамі ў сярэдзіне года для сумеснай распрацоўкі Hengqin паміж Чжухаем і Макао павольна разгортваўся. Прыцягнула ўвагу адно з трансгранічных аптычных валокнаў. Ён прайшоў праз Чжухай і Макао, каб рэалізаваць узаемасувязь вылічальнай магутнасці і сумеснае выкарыстанне рэсурсаў ад Макао да Хэнцін, а таксама пабудаваць інфармацыйны канал. Шанхай таксама прасоўвае праект па мадэрнізацыі і пераўтварэнні валаконна-валаконнай сеткі сувязі "аптычная ў медную", каб забяспечыць якаснае эканамічнае развіццё і лепшыя паслугі сувязі для жыхароў.
З хуткім развіццём Інтэрнэт-тэхналогій попыт карыстальнікаў на Інтэрнэт-трафік расце з кожным днём, таму як палепшыць прапускную здольнасць аптычна-валаконнай сувязі стала актуальнай праблемай, якую трэба вырашыць.
З моманту з'яўлення валаконна-аптычнай тэхналогіі сувязі яна прынесла сур'ёзныя змены ў галіне навукі, тэхнікі і грамадства. Як важнае прымяненне лазернай тэхналогіі, лазерная інфармацыйная тэхналогія, прадстаўленая тэхналогіяй сувязі з аптычным валакном, стварыла аснову сучаснай сеткі сувязі і стала важнай часткай перадачы інфармацыі. Аптычна-валаконная камунікацыйная тэхналогія з'яўляецца важнай апорнай сілай сучаснага Інтэрнэту, а таксама адной з асноўных тэхналогій інфармацыйнай эры.
З бесперапынным з'яўленнем розных новых тэхналогій, такіх як Інтэрнэт рэчаў, вялікія дадзеныя, віртуальная рэальнасць, штучны інтэлект (AI), мабільная сувязь пятага пакалення (5G) і іншыя тэхналогіі, павышаюцца патрабаванні да абмену і перадачы інфармацыі. Згодна з дадзенымі даследаванняў, апублікаванымі Cisco ў 2019 годзе, глабальны гадавы IP-трафік павялічыцца з 1,5 ZB (1ZB=1021B) у 2017 годзе да 4,8 ZB у 2022 годзе з агульным гадавым ростам у 26%. Сутыкнуўшыся з тэндэнцыяй росту высокага трафіку, валаконна-аптычная сувязь, як самая магістральная частка сеткі сувязі, знаходзіцца пад велізарным ціскам па мадэрнізацыі. Высокахуткасныя валаконна-аптычныя сістэмы і сеткі сувязі з вялікай ёмістасцю стануць асноўным напрамкам развіцця валаконна-аптычных тэхналогій сувязі.
Гісторыя развіцця і статус даследаванняў валаконна-аптычных тэхналогій сувязі
Першы рубінавы лазер быў распрацаваны ў 1960 годзе пасля таго, як у 1958 годзе Артур Шоўлаў і Чарльз Таунз адкрылі, як працуюць лазеры. Затым, у 1970 годзе, быў паспяхова распрацаваны першы паўправадніковы лазер на AlGaAs, здольны бесперапынна працаваць пры пакаёвай тэмпературы, а ў 1977 годзе паўправадніковы лазер быў рэалізаваны для бесперапыннай працы на працягу дзясяткаў тысяч гадзін у практычных умовах.
Пакуль у лазераў ёсць перадумовы для камерцыйнай сувязі па оптавалакну. З самага пачатку вынаходкі лазера вынаходнікі прызналі яго важны патэнцыял прымянення ў галіне сувязі. Аднак у тэхналогіі лазернай сувязі ёсць два відавочныя недахопы: адзін заключаецца ў тым, што вялікая колькасць энергіі будзе страчана з-за разыходжання лазернага прамяня; іншы заключаецца ў тым, што на гэта моцна ўплывае асяроддзе прымянення, напрыклад, прымяненне ў атмасферным асяроддзі будзе істотна залежаць ад змен умоў надвор'я. Такім чынам, для лазернай сувязі вельмі важны прыдатны аптычны хвалявод.
Аптычнае валакно, якое выкарыстоўваецца для сувязі, прапанаванае доктарам Као Кунгам, лаўрэатам Нобелеўскай прэміі па фізіцы, адпавядае патрэбам тэхналогіі лазернай сувязі для хваляводаў. Ён выказаў здагадку, што страты рассейвання Рэлея ў шкляным аптычным валакне могуць быць вельмі нізкімі (менш за 20 дБ/км), а страты магутнасці ў аптычным валакне ў асноўным адбываюцца з-за паглынання святла прымешкамі ў шкляных матэрыялах, таму ачыстка матэрыялу з'яўляецца ключом да памяншэння страт аптычнага валакна Key, а таксама адзначыў, што аднамодавая перадача важная для падтрымання добрых характарыстык сувязі.
У 1970 г. кампанія Corning Glass Company распрацавала шматмодавае аптычнае валакно на аснове кварца са стратамі каля 20 дБ/км у адпаведнасці з прапановай доктара Као па ачыстцы, што зрабіла аптычнае валакно рэальнасцю для асяроддзя перадачы сувязі. Пасля бесперапынных даследаванняў і распрацовак страты аптычных валокнаў на аснове кварца наблізіліся да тэарэтычнай мяжы. Пакуль умовы аптавалаконнай сувязі выкананы цалкам.
Усе першыя сістэмы сувязі па оптавалакну прымалі метад прамога выяўлення. Гэта адносна просты метад сувязі па аптавалакне. PD з'яўляецца квадратным дэтэктарам, і можа быць выяўлена толькі інтэнсіўнасць аптычнага сігналу. Гэты метад прамога выяўлення прыёму працягваўся з першага пакалення тэхналогіі сувязі па аптавалакне ў 1970-х да пачатку 1990-х.
Каб павялічыць выкарыстанне спектру ў межах паласы прапускання, мы павінны зыходзіць з двух аспектаў: адзін - выкарыстоўваць тэхналогію для набліжэння да мяжы Шэнана, але павышэнне эфектыўнасці выкарыстання спектру павялічыла патрабаванні да суадносін тэлекамунікацыі і шуму, тым самым зніжаючы адлегласць перадачы; іншы - поўнае выкарыстанне фазы. Інфармацыйная здольнасць стану палярызацыі выкарыстоўваецца для перадачы, якая з'яўляецца кагерэнтнай аптычнай сістэмай сувязі другога пакалення.
Сістэма кагерэнтнай аптычнай сувязі другога пакалення выкарыстоўвае аптычны міксер для ўнутрыдынавага выяўлення і прымае палярызацыйны разнесены прыём, гэта значыць на прыёмным канцы сігнальны святло і святло лакальнага асцылятара раскладаюцца на два пучкі святла, станы палярызацыі якіх артаганальныя адзін аднаму. Такім чынам можа быць дасягнуты неадчувальны да палярызацыі прыём. Акрамя таго, варта адзначыць, што ў цяперашні час адсочванне частоты, аднаўленне фазы нясучай, выраўноўванне, сінхранізацыя, адсочванне палярызацыі і демультиплексирование на прыёмным канцы могуць быць выкананы з дапамогай тэхналогіі лічбавай апрацоўкі сігналу (DSP), якая значна спрашчае апаратнае забеспячэнне. дызайн прымача і палепшаная магчымасць аднаўлення сігналу.
Некаторыя праблемы і меркаванні, якія стаяць перад развіццём валаконна-аптычных тэхналогій сувязі
Дзякуючы прымяненню розных тэхналогій акадэмічныя колы і прамысловасць у асноўным дасягнулі мяжы спектральнай эфектыўнасці валаконна-аптычнай сістэмы сувязі. Каб працягваць павялічваць прапускную здольнасць перадачы, гэта можа быць дасягнута толькі шляхам павелічэння прапускной здольнасці сістэмы B (лінейна павялічваючы ёмістасць) або павелічэння адносіны сігнал/шум. Канкрэтнае абмеркаванне наступнае.
1. Рашэнне для павелічэння магутнасці перадачы
Паколькі нелінейны эфект, выкліканы перадачай высокай магутнасці, можа быць зменшаны шляхам належнага павелічэння эфектыўнай плошчы папярочнага перасеку валакна, рашэннем для павелічэння магутнасці з'яўляецца выкарыстанне для перадачы маламодавага валакна замест одномодового. Акрамя таго, у цяперашні час найбольш распаўсюджаным рашэннем нелінейных эфектаў з'яўляецца выкарыстанне алгарытму лічбавага зваротнага распаўсюджвання (DBP), але паляпшэнне прадукцыйнасці алгарытму прывядзе да павелічэння складанасці вылічэнняў. Нядаўняе даследаванне тэхналогіі машыннага навучання нелінейнай кампенсацыі паказала добрую перспектыву прымянення, што значна зніжае складанасць алгарытму, таму машыннае навучанне ў будучыні можа дапамагаць распрацоўцы сістэмы DBP.
2. Павялічыць прапускную здольнасць аптычнага ўзмацняльніка
Павелічэнне прапускной здольнасці можа прабіць абмежаванне частотнага дыяпазону EDFA. У дадатак да C-дыяпазону і L-дыяпазону, S-дыяпазон таксама можа быць уключаны ў дыяпазон прымянення, а для ўзмацнення можа выкарыстоўвацца ўзмацняльнік SOA або Рамана. Аднак існуючае аптычнае валакно мае вялікія страты ў дыяпазонах частот, акрамя S-дыяпазону, і неабходна распрацаваць новы тып аптычнага валакна, каб паменшыць страты перадачы. Але для астатніх дыяпазонаў даступная ў продажы тэхналогія аптычнага ўзмацнення таксама з'яўляецца праблемай.
3. Даследаванне аптычнага валакна з нізкімі стратамі перадачы
Даследаванне валакна з нізкімі стратамі перадачы з'яўляецца адным з найбольш важных пытанняў у гэтай галіне. Валакно з полым стрыжнем (HCF) мае магчымасць меншых страт пры перадачы, што паменшыць часовую затрымку перадачы валакна і можа ў значнай ступені ліквідаваць праблему нелінейнасці валакна.
4. Даследаванне звязаных з касмічным мультыплексаваннем тэхналогій
Тэхналогія мультыплексавання з прасторавым падзелам з'яўляецца эфектыўным рашэннем для павелічэння ёмістасці аднаго валакна. У прыватнасці, для перадачы выкарыстоўваецца шматжыльнае аптычнае валакно, а ёмістасць аднаго валакна павялічваецца ўдвая. Асноўнае пытанне ў гэтым плане заключаецца ў тым, ці існуе больш эфектыўны аптычны ўзмацняльнік. , інакш гэта можа быць эквівалентна толькі некалькім аднажыльным аптычным валокнам; выкарыстоўваючы тэхналогію мультыплексавання з падзелам рэжымаў, уключаючы рэжым лінейнай палярызацыі, прамень OAM на аснове сінгулярнасці фазы і цыліндрычны вектарны прамень на аснове сінгулярнасці палярызацыі, такая тэхналогія можа быць Мультыплексаванне прамянёў забяспечвае новую ступень свабоды і павышае прапускную здольнасць сістэм аптычнай сувязі. Ён мае шырокія перспектывы прымянення ў тэхналогіях сувязі па аптычных валакнах, але даследаванне адпаведных аптычных узмацняльнікаў таксама з'яўляецца складанай задачай. Акрамя таго, заслугоўвае ўвагі тое, як збалансаваць складанасць сістэмы, выкліканую групавой затрымкай у дыферэнцыяльным рэжыме і тэхналогіяй лічбавага выраўноўвання з некалькімі ўваходамі і некалькімі выхадамі.
Перспектывы развіцця валаконна-аптычных тэхналогій сувязі
Тэхналогія аптычна-валаконнай сувязі развілася ад першапачатковай нізкахуткаснай перадачы да цяперашняй высакахуткаснай перадачы і стала адной з асноўных тэхналогій, якія падтрымліваюць інфармацыйнае грамадства, і сфармавала велізарную дысцыпліну і сацыяльнае поле. У будучыні, калі попыт грамадства на перадачу інфармацыі будзе расці, валаконна-аптычныя сістэмы сувязі і сеткавыя тэхналогіі будуць развівацца ў бок звышвялікай ёмістасці, інтэлекту і інтэграцыі. Паляпшаючы прадукцыйнасць перадачы, яны будуць працягваць зніжаць выдаткі і служыць сродкам да існавання людзей і дапамагаць краіне нарошчваць інфармацыю. важную ролю адыгрывае грамадства. CeiTa супрацоўнічае з шэрагам арганізацый па стыхійных бедствах, якія могуць прадказваць рэгіянальныя папярэджанні аб бяспецы, такія як землятрусы, паводкі і цунамі. Яго трэба толькі падключыць да ONU CeiTa. Калі адбываецца стыхійнае бедства, станцыя землятрусаў выдасць ранняе папярэджанне. Тэрмінал пад абвесткамі ONU будзе сінхранізаваны.
(1) Інтэлектуальная аптычная сетка
У параўнанні з сістэмай бесправадной сувязі аптычная сістэма сувязі і сетка інтэлектуальнай аптычнай сеткі ўсё яшчэ знаходзяцца на пачатковай стадыі з пункту гледжання канфігурацыі сеткі, абслугоўвання сеткі і дыягностыкі няспраўнасцей, а ступень інтэлектуальнасці недастатковая. З-за велізарнай ёмістасці аднаго валакна збой любога валакна будзе мець вялікі ўплыў на эканоміку і грамадства. Такім чынам, маніторынг сеткавых параметраў вельмі важны для развіцця будучых інтэлектуальных сетак. Да кірункаў даследаванняў, якім у далейшым неабходна звярнуць увагу ў гэтым аспекце, адносяцца: сістэма маніторынгу параметраў сістэмы на аснове спрошчанай кагерэнтнай тэхналогіі і машыннага навучання, тэхналогія маніторынгу фізічных велічынь на аснове кагерэнтнага аналізу сігналаў і фазаадчувальнага аптычнага адлюстравання ў часавай вобласці.
(2) Інтэграваная тэхналогія і сістэма
Асноўная мэта інтэграцыі прылады - знізіць выдаткі. У тэхналогіі валаконна-аптычнай сувязі высакахуткасная перадача сігналаў на кароткія адлегласці можа быць рэалізавана шляхам бесперапыннай рэгенерацыі сігналу. Аднак з-за праблем аднаўлення стану фазы і палярызацыі інтэграцыя кагерэнтных сістэм усё яшчэ адносна складаная. Акрамя таго, калі атрымаецца рэалізаваць буйнамаштабную інтэграваную оптыка-электрычна-аптычную сістэму, магутнасць сістэмы таксама будзе значна палепшана. Аднак з-за такіх фактараў, як нізкая тэхнічная эфектыўнасць, высокая складанасць і цяжкасці інтэграцыі, немагчыма шырока прасоўваць цалкам аптычныя сігналы, такія як цалкам аптычныя 2R (паўторнае ўзмацненне, змяненне формы), 3R (паўторнае ўзмацненне) , перавызначэнне часу і перафарміраванне) у галіне аптычных камунікацый. тэхналогія апрацоўкі. Такім чынам, з пункту гледжання інтэграцыйных тэхналогій і сістэм, будучыя напрамкі даследаванняў наступныя: Нягледзячы на тое, што існуючыя даследаванні сістэм мультыплексавання з касмічным падзелам адносна багатыя, ключавыя кампаненты сістэм мультыплексавання з касмічным падзелам яшчэ не дасягнулі тэхналагічнага прарыву ў навуковых колах і прамысловасці, і неабходна далейшае ўмацаванне. Даследаванні, такія як інтэграваныя лазеры і мадулятары, двухмерныя інтэграваныя прыёмнікі, інтэграваныя аптычныя ўзмацняльнікі з высокай энергаэфектыўнасцю і г.д.; новыя тыпы аптычных валокнаў могуць значна пашырыць прапускную здольнасць сістэмы, але па-ранейшаму неабходныя дадатковыя даследаванні, каб гарантаваць, што іх комплексная прадукцыйнасць і вытворчыя працэсы могуць дасягнуць існуючага адзінага рэжыму валакна; вывучэнне розных прылад, якія можна выкарыстоўваць з новым валакном у лініі сувязі.
(3) Аптычныя прылады сувязі
У галіне аптычных прылад сувязі даследаванне і распрацоўка крамянёвых фатонных прылад дасягнула першых вынікаў. Аднак у цяперашні час айчынныя даследаванні ў асноўным заснаваны на пасіўных прыладах, а даследаванні актыўных прылад адносна слабыя. З пункту гледжання прылад аптычнай сувязі, будучыя напрамкі даследаванняў ўключаюць у сябе: інтэграцыйныя даследаванні актыўных прылад і крамянёвых аптычных прылад; даследаванні па тэхналогіі інтэграцыі некремниевых аптычных прылад, такія як даследаванні па тэхналогіі інтэграцыі III-V матэрыялаў і падкладак; далейшае развіццё даследаванняў і распрацовак новых прылад. Далейшыя дзеянні, такія як убудаваны аптычны хвалявод з ніябату літыя з перавагамі высокай хуткасці і нізкага энергаспажывання.
Час публікацыі: 3 жніўня 2023 г
