Нядаўна Чжухай і Аомэнь павольна разгортваліся паўгодавыя заданні па сумесным развіцці Хэнцыня. Адно з трансгранічных аптычных валакноў прыцягнула ўвагу. Яно праходзіла праз Чжухай і Аомэнь для рэалізацыі ўзаемасувязі вылічальнай магутнасці і сумеснага выкарыстання рэсурсаў паміж Аомэнь і Хэнцынем, а таксама для стварэння інфармацыйнага канала. Шанхай таксама прасоўвае праект мадэрнізацыі і пераўтварэння цалкам валаконна-валаконнай сеткі сувязі "пераход ад аптычнага да меднага" для забеспячэння высокай якасці эканамічнага развіцця і паляпшэння камунікацыйных паслуг для жыхароў.
З хуткім развіццём інтэрнэт-тэхналогій попыт карыстальнікаў на інтэрнэт-трафік расце з кожным днём, і паляпшэнне прапускной здольнасці валаконна-аптычнай сувязі стала актуальнай праблемай, якую неабходна вырашыць.
З моманту з'яўлення тэхналогіі валаконна-аптычнай сувязі адбыліся значныя змены ў галіне навукі і тэхнікі, а таксама ў грамадстве. Як важнае прымяненне лазернай тэхналогіі, лазерная інфармацыйная тэхналогія, прадстаўленая тэхналогіяй валаконна-аптычнай сувязі, стварыла аснову сучасных камунікацыйных сетак і стала важнай часткай перадачы інфармацыі. Тэхналогія валаконна-аптычнай сувязі з'яўляецца важнай апорнай сілай сучаснага інтэрнэт-света, а таксама адной з асноўных тэхналогій інфармацыйнай эпохі.
З пастаянным з'яўленнем розных новых тэхналогій, такіх як Інтэрнэт рэчаў, вялікія дадзеныя, віртуальная рэальнасць, штучны інтэлект (ШІ), мабільная сувязь пятага пакалення (5G) і іншыя тэхналогіі, узрастаюць патрабаванні да абмену і перадачы інфармацыі. Згодна з дадзенымі даследавання, апублікаванымі Cisco ў 2019 годзе, глабальны гадавы IP-трафік павялічыцца з 1,5 ЗБ (1 ЗБ = 1021 Б) у 2017 годзе да 4,8 ЗБ у 2022 годзе, са сукупным гадавым тэмпам росту ў 26%. Сутыкнуўшыся з тэндэнцыяй росту высокага трафіку, валаконна-аптычная сувязь, як найбольш асноўная частка сеткі сувязі, знаходзіцца пад велізарным ціскам на мадэрнізацыю. Высокахуткасныя, вялікай ёмістасці сістэмы і сеткі аптычнай валаконнай сувязі будуць асноўным напрамкам развіцця тэхналогіі валаконна-аптычнай сувязі.
Гісторыя развіцця і стан даследаванняў тэхналогіі валаконна-аптычнай сувязі
Першы рубінавы лазер быў распрацаваны ў 1960 годзе пасля таго, як Артур Шоўлоу і Чарльз Таўнс у 1958 годзе адкрылі прынцыпы працы лазераў. Затым, у 1970 годзе, быў паспяхова распрацаваны першы паўправадніковы лазер на аснове 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 што лазеры маюць усе неабходныя ўмовы для камерцыйнай валаконна-аптычнай сувязі. З самага пачатку вынаходніцтва лазера вынаходнікі ўсведамлялі яго важны патэнцыял прымянення ў галіне сувязі. Аднак у тэхналогіі лазернай сувязі ёсць два відавочныя недахопы: першы заключаецца ў тым, што вялікая колькасць энергіі губляецца з-за разыходжання лазернага прамяня; другі заключаецца ў тым, што на яе моцна ўплываюць умовы прымянення, напрыклад, прымяненне ў атмасферным асяроддзі будзе значна схільна да 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 лазернай камунікацыйнай тэхналогіі для хваляводаў. Ён выказаў здагадку, што страты рэлееўскага рассейвання 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 зніжэння ключавых страт у аптычным валакне, а таксама адзначыў, што аднакадавая перадача важная для падтрымання добрай прадукцыйнасці сувязі.
У 1970 годзе кампанія Corning Glass распрацавала шматмодавае аптычнае валакно на аснове кварца са стратамі каля 20 дБ/км, згодна з прапановай доктара Као па ачыстцы, што зрабіла аптычнае валакно рэальнасцю для сродкаў перадачы сувязі. Пасля бесперапынных даследаванняў і распрацовак страты ў аптычных валокнах на аснове кварца наблізіліся да тэарэтычнай мяжы. Да гэтага часу ўмовы валаконна-аптычнай сувязі цалкам задаволены.
Раннія сістэмы валаконна-аптычнай сувязі выкарыстоўвалі метад прыёму з прамым выяўленнем. Гэта адносна просты метад валаконна-аптычнай сувязі. Частата частата (PD) — гэта квадратычны дэтэктар, і можа быць выяўлена толькі інтэнсіўнасць аптычнага сігналу. Гэты метад прыёму з прамым выяўленнем працягвае выкарыстоўвацца з першага пакалення тэхналогіі валаконна-аптычнай сувязі ў 1970-х гадах да пачатку 1990-х гадоў.
Каб павялічыць выкарыстанне спектру ў межах прапускной здольнасці, нам трэба пачаць з двух аспектаў: адзін - выкарыстоўваць тэхналогію для набліжэння да мяжы Шэнана, але павелічэнне эфектыўнасці спектру павялічыла патрабаванні да суадносін тэлекамунікацый да шуму, тым самым памяншаючы адлегласць перадачы; другі - максімальна выкарыстоўваць фазу, інфармацыйную ёмістасць стану палярызацыі выкарыстоўваецца для перадачы, што з'яўляецца кагерэнтнай аптычнай сістэмай сувязі другога пакалення.
Кагерэнтная аптычная сістэма сувязі другога пакалення выкарыстоўвае аптычны змяшальнік для ўнутрыдыннага выяўлення і прымае прыём з разнесенай палярызацыяй, гэта значыць, на прыёмным канцы сігнальны светлавы сігнал і светлавы сігнал лакальнага генератара раскладаюцца на два прамяні святла, станы палярызацыі якіх артаганальныя адзін аднаму. Такім чынам можна дасягнуць прыёму без адчувальнасці да палярызацыі. Акрамя таго, варта адзначыць, што ў гэты час адсочванне частаты, аднаўленне фазы носьбіта, выраўноўванне, сінхранізацыя, адсочванне палярызацыі і дэмультыплексаванне на прыёмным канцы могуць быць выкананы з дапамогай тэхналогіі лічбавай апрацоўкі сігналаў (DSP), што значна спрашчае апаратную канструкцыю прыёмніка і паляпшае магчымасці аднаўлення сігналу.
Некаторыя праблемы і меркаванні, якія стаяць перад развіццём тэхналогіі валаконна-аптычнай сувязі
Дзякуючы прымяненню розных тэхналогій, акадэмічныя колы і прамысловасць практычна дасягнулі мяжы спектральнай эфектыўнасці валаконна-аптычных сістэм сувязі. Працяг павелічэння прапускной здольнасці перадачы можна дасягнуць толькі шляхам павелічэння прапускной здольнасці сістэмы B (лінейнае павелічэнне прапускной здольнасці) або павелічэння суадносін сігнал/шум. Канкрэтнае абмеркаванне выглядае наступным чынам.
1. Рашэнне для павелічэння магутнасці перадачы
Паколькі нелінейны эфект, выкліканы перадачай высокай магутнасці, можна паменшыць, належным чынам павялічыўшы эфектыўную плошчу папярочнага сячэння валакна, рашэннем для павелічэння магутнасці з'яўляецца выкарыстанне для перадачы маламодавага валакна замест аднакадовага. Акрамя таго, найбольш распаўсюджаным рашэннем нелінейных эфектаў у цяперашні час з'яўляецца выкарыстанне алгарытму лічбавага зваротнага распаўсюджвання (DBP), але паляпшэнне прадукцыйнасці алгарытму прывядзе да павелічэння вылічальнай складанасці. Нядаўна даследаванні тэхналогіі машыннага навучання ў галіне нелінейнай кампенсацыі паказалі добрую перспектыву прымянення, што значна зніжае складанасць алгарытму, таму ў будучыні машыннае навучанне можа быць абапірацца на праектаванне сістэм DBP.
2. Павялічце прапускную здольнасць аптычнага ўзмацняльніка
Павелічэнне прапускной здольнасці можа пераадолець абмежаванні дыяпазону частот EDFA. Акрамя C-дыяпазонаў і L-дыяпазонаў, у дыяпазон прымянення можа быць уключаны і S-дыяпазон, а для ўзмацнення можна выкарыстоўваць SOA або ўзмацняльнік 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 камерцыйна даступная тэхналогія аптычнага ўзмацнення таксама з'яўляецца праблемай.
3. Даследаванне аптычнага валакна з нізкімі стратамі пры перадачы
Даследаванні валакна з нізкімі стратамі пры перадачы з'яўляюцца адным з найбольш важных пытанняў у гэтай галіне. Валакно з пустой асяродкам (HCF) мае патэнцыял для зніжэння страт пры перадачы, што дазваляе скараціць затрымку перадачы валакна і ў значнай ступені ліквідаваць праблему нелінейнасці валакна.
4. Даследаванні тэхналогій, звязаных з прасторавым мультыплексаваннем
Тэхналогія прасторавага мультыплексавання з падзелам каналаў з'яўляецца эфектыўным рашэннем для павелічэння прапускной здольнасці аднаго валакна. У прыватнасці, для перадачы выкарыстоўваецца шматжыльнае аптычнае валакно, і прапускная здольнасць аднаго валакна падвойваецца. Асноўнае пытанне ў гэтым плане заключаецца ў тым, ці існуе больш эфектыўны аптычны ўзмацняльнік, інакш ён можа быць эквівалентны толькі некалькім аднажыльным аптычным валокнам; выкарыстоўваючы тэхналогію прасторавага мультыплексавання з падзелам каналаў, уключаючы лінейны рэжым палярызацыі, прамень OAM на аснове фазавай сінгулярнасці і цыліндрычны вектарны прамень на аснове палярызацыйнай сінгулярнасці, такая тэхналогія можа быць. Мультыплексаванне прамянёў забяспечвае новую ступень свабоды і паляпшае прапускную здольнасць аптычных сістэм сувязі. Яна мае шырокія перспектывы прымянення ў тэхналогіі валаконна-аптычнай сувязі, але даследаванні адпаведных аптычных узмацняльнікаў таксама з'яўляюцца праблемай. Акрамя таго, заслугоўвае ўвагі і тое, як збалансаваць складанасць сістэмы, выкліканую дыферэнцыяльнай групавой затрымкай рэжымаў і тэхналогіяй лічбавага выраўноўвання з некалькімі ўваходамі і некалькімі выхадамі.
Перспектывы развіцця тэхналогіі валаконна-аптычнай сувязі
Тэхналогія валаконна-аптычнай сувязі прайшла шлях ад першапачатковай нізкахуткаснай перадачы да сучаснай высокахуткаснай перадачы і стала адной з асноўных тэхналогій падтрымкі інфармацыйнага грамадства, сфармаваўшы велізарную дысцыпліну і сацыяльную сферу. У будучыні, па меры росту попыту грамадства на перадачу інфармацыі, сістэмы валаконна-аптычнай сувязі і сеткавыя тэхналогіі будуць развівацца ў бок звышвялікай ёмістасці, інтэлекту і інтэграцыі. Паляпшаючы прадукцыйнасць перадачы, яны будуць працягваць зніжаць выдаткі, служыць сродкам да існавання людзей і дапамагаць краіне ў развіцці інфармацыйнага грамадства. Важную ролю адыгрывае CeiTa. CeiTa супрацоўнічае з шэрагам арганізацый па барацьбе са стыхійнымі бедствамі, якія могуць прагназаваць рэгіянальныя папярэджанні аб бяспецы, такія як землятрусы, паводкі і цунамі. Патрабуецца толькі падключэнне да ONU CeiTa. У выпадку стыхійнага бедства станцыя землетрасення выдае ранняе папярэджанне. Тэрмінал пад ONU Alerts будзе сінхранізаваны.
(1) Інтэлектуальная аптычная сетка
У параўнанні з бесправадной сістэмай 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, і ступень інтэлекту недастатковая. З-за велізарнай ёмістасці аднаго валакна ўзнікненне любога збою валакна будзе мець вялікі ўплыў на эканоміку і грамадства. Такім чынам, маніторынг параметраў сеткі вельмі важны для развіцця будучых інтэлектуальных сетак. Напрамкі даследаванняў, на якія неабходна звярнуць увагу ў гэтым аспекце ў будучыні, ўключаюць: сістэмы маніторынгу параметраў сістэмы, заснаваныя на спрошчанай кагерэнтнай тэхналогіі і машынным навучанні, тэхналогіі маніторынгу фізічных велічынь, заснаваныя на кагерэнтным аналізе сігналаў і фазаадчувальным аптычным адлюстраванні ў часовай вобласці.
(2) Інтэграваная тэхналогія і сістэма
Асноўная мэта інтэграцыі прылад — зніжэнне выдаткаў. У тэхналогіі валаконна-аптычнай сувязі перадача сігналаў на кароткія адлегласці з высокай хуткасцю можа быць рэалізавана за кошт бесперапыннай рэгенерацыі сігналу. Аднак з-за праблем аднаўлення фазавага і палярызацыйнага стану інтэграцыя кагерэнтных сістэм усё яшчэ адносна складаная. Акрамя таго, калі можна рэалізаваць маштабную інтэграваную оптыка-электрааптычную сістэму, прапускная здольнасць сістэмы таксама значна палепшыцца. 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 (пераўзмацненне, перафарматаванне), 3R (пераўзмацненне, перасінхранізацыя і перафарматаванне) у галіне аптычнай сувязі і тэхналогій апрацоўкі. Такім чынам, з пункту гледжання тэхналогій і сістэм інтэграцыі, будучыя напрамкі даследаванняў наступныя: Нягледзячы на тое, што існуючыя даследаванні ў галіне сістэм прасторавага мультыплексавання адносна багатыя, ключавыя кампаненты сістэм прасторавага мультыплексавання яшчэ не дасягнулі тэхналагічных прарываў у навуковых колах і прамысловасці, і неабходна далейшае ўмацаванне. Даследаванні, такія як інтэграваныя лазеры і мадулятары, двухмерныя інтэграваныя прыёмнікі, высокаэнергаэфектыўныя інтэграваныя аптычныя ўзмацняльнікі і г.д.; новыя тыпы аптычных валокнаў могуць значна пашырыць прапускную здольнасць сістэмы, але неабходныя далейшыя даследаванні, каб гарантаваць, што іх комплексная прадукцыйнасць і вытворчыя працэсы могуць дасягнуць існуючага ўзроўню аднакаляровага валакна; вывучэнне розных прылад, якія можна выкарыстоўваць з новым валакном у лініі сувязі.
(3) Прылады аптычнай сувязі
У галіне аптычных камунікацыйных прылад даследаванні і распрацоўкі крэмніевых фатонных прылад дасягнулі першых вынікаў. Аднак у цяперашні час айчынныя даследаванні ў асноўным заснаваны на пасіўных прыладах, а даследаванні актыўных прылад адносна слабыя. Што тычыцца аптычных камунікацыйных прылад, то будучыя напрамкі даследаванняў ўключаюць: інтэграцыйныя даследаванні актыўных прылад і крэмніевых аптычных прылад; даследаванні тэхналогій інтэграцыі некрэмніевых аптычных прылад, такіх як даследаванні тэхналогій інтэграцыі матэрыялаў III-V групы і падложак; далейшае развіццё даследаванняў і распрацовак новых прылад. Далейшыя дзеянні, такія як інтэграваны аптычны хвалявод на аснове ніабату літыя, які мае перавагі высокай хуткасці і нізкага энергаспажывання.
Час публікацыі: 03 жніўня 2023 г.
