Pirms neilga laika lēnām tika izstrādāta gada vidus atbilžu lapa Hengqin kopīgai attīstībai starp Zhuhai un Makao. Viena no pārrobežu optiskajām šķiedrām piesaistīja uzmanību. Tas šķērsoja Džuhaju un Makao, lai realizētu skaitļošanas jaudas starpsavienojumu un resursu koplietošanu no Makao uz Hengqin un izveidotu informācijas kanālu. Šanhaja arī veicina visu šķiedru sakaru tīkla "optisko par vara aizmuguri" modernizācijas un pārveidošanas projektu, lai nodrošinātu augstas kvalitātes ekonomikas attīstību un labākus sakaru pakalpojumus iedzīvotājiem.
Strauji attīstoties interneta tehnoloģijām, lietotāju pieprasījums pēc interneta trafika pieaug ar katru dienu, kā uzlabot optiskās šķiedras sakaru jaudu ir kļuvusi par steidzamu risināmu problēmu.
Kopš optisko šķiedru sakaru tehnoloģijas parādīšanās tā ir radījusi lielas izmaiņas zinātnes un tehnoloģiju jomās un sabiedrībā. Kā nozīmīgs lāzertehnoloģijas pielietojums, lāzerinformācijas tehnoloģija, ko pārstāv optiskās šķiedras sakaru tehnoloģija, ir izveidojusi mūsdienu sakaru tīkla ietvaru un kļuvusi par svarīgu informācijas pārraides sastāvdaļu. Optiskās šķiedras sakaru tehnoloģija ir svarīgs pašreizējās interneta pasaules nesējs, un tā ir arī viena no informācijas laikmeta galvenajām tehnoloģijām.
Nepārtraukti parādās dažādas jaunas tehnoloģijas, piemēram, lietiskais internets, lielie dati, virtuālā realitāte, mākslīgais intelekts (AI), piektās paaudzes mobilie sakari (5G) un citas tehnoloģijas, informācijas apmaiņai un pārraidei tiek izvirzītas augstākas prasības. Saskaņā ar Cisco 2019. gadā publicētajiem pētījuma datiem globālā gada IP trafiks palielināsies no 1,5 ZB (1ZB=1021 B) 2017. gadā līdz 4,8 ZB 2022. gadā ar salikto gada pieauguma tempu 26%. Saskaroties ar intensīvas satiksmes pieauguma tendenci, optisko šķiedru sakari, kas ir vislielākā sakaru tīkla mugurkaula daļa, tiek pakļauti milzīgam jauninājumam. Ātrgaitas, lielas ietilpības optisko šķiedru sakaru sistēmas un tīkli būs optisko šķiedru sakaru tehnoloģiju galvenais attīstības virziens.
Optisko šķiedru sakaru tehnoloģijas attīstības vēsture un izpētes statuss
Pirmais rubīna lāzers tika izstrādāts 1960. gadā pēc tam, kad 1958. gadā Arturs Šolovs un Čārlzs Taunss atklāja lāzeru darbību. Pēc tam 1970. gadā tika veiksmīgi izstrādāts pirmais AlGaAs pusvadītāju lāzers, kas spēj nepārtraukti darboties istabas temperatūrā, un 1977. gadā, pusvadītāju lāzers tika realizēts, lai praktiskā vidē nepārtraukti strādātu desmitiem tūkstošu stundu.
Līdz šim lāzeriem ir priekšnoteikumi komerciālai optiskās šķiedras komunikācijai. Kopš lāzera izgudrošanas sākuma izgudrotāji atzina tā svarīgo iespējamo pielietojumu komunikācijas jomā. Tomēr lāzerkomunikāciju tehnoloģijās ir divi acīmredzami trūkumi: viens ir tas, ka lāzera stara diverģences dēļ tiks zaudēts liels enerģijas daudzums; otrs ir tas, ka to lielā mērā ietekmē lietojumprogrammas vide, piemēram, lietojumprogramma atmosfēras vidē būs ievērojami pakļauta laika apstākļu izmaiņām. Tāpēc lāzera saziņai piemērots optiskais viļņvads ir ļoti svarīgs.
Saziņai izmantotā optiskā šķiedra, ko ierosinājis Nobela prēmijas laureāts fizikā doktors Kao Kungs, atbilst lāzera sakaru tehnoloģiju vajadzībām attiecībā uz viļņvadiem. Viņš ierosināja, ka stikla optiskās šķiedras Rayleigh izkliedes zudumi var būt ļoti zemi (mazāk nekā 20 dB/km), un optiskās šķiedras jaudas zudumi galvenokārt rodas no gaismas absorbcijas ar piemaisījumiem stikla materiālos, tāpēc materiāla attīrīšana ir galvenais. lai samazinātu optiskās šķiedras zudumu taustiņu, kā arī norādīja, ka viena režīma pārraide ir svarīga, lai uzturētu labu sakaru veiktspēju.
1970. gadā Corning Glass Company izstrādāja uz kvarca balstītu daudzmodu optisko šķiedru ar aptuveni 20 dB/km zudumu saskaņā ar Dr. Kao attīrīšanas ieteikumu, padarot optisko šķiedru par realitāti komunikācijas pārraides vidē. Pēc nepārtrauktas izpētes un izstrādes uz kvarca bāzes izgatavoto optisko šķiedru zudums tuvojās teorētiskajai robežai. Līdz šim optiskās šķiedras sakaru nosacījumi ir pilnībā izpildīti.
Visas agrīnās optiskās šķiedras sakaru sistēmas izmantoja tiešās noteikšanas uztveršanas metodi. Šī ir salīdzinoši vienkārša optiskās šķiedras sakaru metode. PD ir kvadrātveida likuma detektors, un var noteikt tikai optiskā signāla intensitāti. Šī tiešās noteikšanas uztveršanas metode ir turpinājusies no pirmās paaudzes optiskās šķiedras sakaru tehnoloģijas 1970. gados līdz 90. gadu sākumam.
Lai palielinātu spektra izmantošanu joslas platumā, mums jāsāk no diviem aspektiem: viens ir izmantot tehnoloģiju, lai tuvotos Šenonas robežai, bet spektra efektivitātes pieaugums ir palielinājis prasības telekomunikāciju un trokšņa attiecībai, tādējādi samazinot pārraides attālums; otrs ir pilnībā izmantot fāzi. Pārraidei tiek izmantota polarizācijas stāvokļa informācijas nestspēja, kas ir otrās paaudzes koherento optisko sakaru sistēma.
Otrās paaudzes koherentā optiskā sakaru sistēma izmanto optisko mikseri intradīna noteikšanai un pieņem polarizācijas dažādības uztveršanu, tas ir, uztveršanas galā signāla gaisma un lokālā oscilatora gaisma tiek sadalīti divos gaismas staros, kuru polarizācijas stāvokļi ir ortogonāli. viens otram. Tādā veidā var panākt pret polarizāciju nejutīgu uztveršanu. Turklāt jāuzsver, ka šobrīd frekvences izsekošanu, nesējfāzes atjaunošanu, izlīdzināšanu, sinhronizāciju, polarizācijas izsekošanu un demultipleksēšanu uztveršanas galā var pabeigt ar digitālās signālu apstrādes (DSP) tehnoloģiju, kas ievērojami vienkāršo aparatūru. uztvērēja dizains un uzlabota signāla atkopšanas iespēja.
Daži izaicinājumi un apsvērumi, ar kuriem saskaras optisko šķiedru sakaru tehnoloģijas attīstība
Izmantojot dažādas tehnoloģijas, akadēmiskās aprindas un nozare būtībā ir sasniegušas optiskās šķiedras sakaru sistēmas spektrālās efektivitātes robežu. Lai turpinātu palielināt pārraides jaudu, to var panākt, tikai palielinot sistēmas joslas platumu B (lineāri palielinot jaudu) vai palielinot signāla un trokšņa attiecību. Konkrētā diskusija ir šāda.
1. Risinājums raidīšanas jaudas palielināšanai
Tā kā lielas jaudas pārraides radīto nelineāro efektu var samazināt, pareizi palielinot šķiedru šķērsgriezuma efektīvo laukumu, ir risinājums, lai palielinātu jaudu, pārraidei izmantot dažu režīmu šķiedru, nevis vienmoda šķiedru. Turklāt pašlaik visizplatītākais risinājums nelineārajiem efektiem ir izmantot digitālās atpakaļpropagācijas (DBP) algoritmu, taču algoritma veiktspējas uzlabošana palielinās skaitļošanas sarežģītību. Nesen mašīnmācīšanās tehnoloģiju pētījumi nelineārās kompensācijas jomā ir parādījuši labu pielietojuma perspektīvu, kas ievērojami samazina algoritma sarežģītību, tāpēc DBP sistēmas projektēšanā nākotnē var palīdzēt mašīnmācīšanās.
2. Palieliniet optiskā pastiprinātāja joslas platumu
Joslas platuma palielināšana var pārkāpt EDFA frekvenču diapazona ierobežojumu. Papildus C un L joslai pielietojuma diapazonā var iekļaut arī S joslu, un pastiprināšanai var izmantot SOA vai Raman pastiprinātāju. Tomēr esošajai optiskajai šķiedrai ir liels zudums frekvenču joslās, izņemot S joslu, un ir nepieciešams izstrādāt jauna veida optisko šķiedru, lai samazinātu pārraides zudumus. Taču pārējām joslām izaicinājums ir arī komerciāli pieejamā optiskā pastiprināšanas tehnoloģija.
3. Zemu pārraides zudumu optiskās šķiedras pētījumi
Pētījumi par zemu pārraides zudumu šķiedru ir viens no svarīgākajiem jautājumiem šajā jomā. Dobu kodolu šķiedrai (HCF) ir iespēja samazināt pārraides zudumus, kas samazinās šķiedras pārraides laika aizkavi un lielā mērā var novērst šķiedras nelineāro problēmu.
4. Ar kosmosa dalījuma multipleksēšanu saistīto tehnoloģiju izpēte
Kosmosa dalīšanas multipleksēšanas tehnoloģija ir efektīvs risinājums vienas šķiedras kapacitātes palielināšanai. Konkrēti, pārraidei tiek izmantota daudzkodolu optiskā šķiedra, un vienas šķiedras jauda tiek dubultota. Galvenā problēma šajā sakarā ir par to, vai ir augstākas efektivitātes optiskais pastiprinātājs. , pretējā gadījumā tas var būt līdzvērtīgs tikai vairākām vienkodola optiskajām šķiedrām; izmantojot režīmu dalīšanas multipleksēšanas tehnoloģiju, tostarp lineārās polarizācijas režīmu, OAM staru kūli, kas balstīta uz fāzes singularitāti, un cilindrisku vektora staru kūli, kas balstīta uz polarizācijas singularitāti, šādu tehnoloģiju var izmantot. Staru multipleksēšana nodrošina jaunu brīvības pakāpi un uzlabo optisko sakaru sistēmu kapacitāti. Tam ir plašas pielietojuma iespējas optisko šķiedru sakaru tehnoloģijā, taču arī saistīto optisko pastiprinātāju izpēte ir izaicinājums. Turklāt uzmanības vērts ir arī tas, kā līdzsvarot sistēmas sarežģītību, ko izraisa diferenciālā režīma grupas aizkave un vairāku ieeju vairāku izeju digitālās izlīdzināšanas tehnoloģija.
Optisko šķiedru sakaru tehnoloģijas attīstības perspektīvas
Optiskās šķiedras sakaru tehnoloģija ir attīstījusies no sākotnējās zema ātruma pārraides līdz pašreizējai ātrgaitas pārraidei, un tā ir kļuvusi par vienu no mugurkaula tehnoloģijām, kas atbalsta informācijas sabiedrību, un ir izveidojusi milzīgu disciplīnu un sociālo jomu. Nākotnē, kad sabiedrības pieprasījums pēc informācijas pārraides turpina pieaugt, optisko šķiedru sakaru sistēmas un tīkla tehnoloģijas attīstīsies uz īpaši lielu jaudu, intelektu un integrāciju. Uzlabojot pārraides veiktspēju, tie turpinās samazināt izmaksas un kalpot cilvēku iztikai un palīdzēt valstij veidot informāciju. sabiedrībai ir svarīga loma. CeiTa ir sadarbojusies ar vairākām dabas katastrofu organizācijām, kas var paredzēt reģionālos drošības brīdinājumus, piemēram, zemestrīces, plūdus un cunami. Tam ir jābūt tikai savienotam ar CeiTa ONU. Kad notiks dabas katastrofa, zemestrīces stacija sniegs agrīnu brīdinājumu. Terminālis zem ONU brīdinājumiem tiks sinhronizēts.
(1) Inteliģents optiskais tīkls
Salīdzinot ar bezvadu sakaru sistēmu, viedā optiskā tīkla optisko sakaru sistēma un tīkls joprojām ir sākuma stadijā tīkla konfigurācijas, tīkla uzturēšanas un kļūdu diagnostikas ziņā, un izlūkošanas pakāpe ir nepietiekama. Sakarā ar vienas šķiedras milzīgo ietilpību, jebkura šķiedras atteice ļoti ietekmēs ekonomiku un sabiedrību. Tāpēc tīkla parametru uzraudzība ir ļoti svarīga nākotnes viedo tīklu attīstībai. Pētījumu virzieni, kuriem šajā aspektā nākotnē jāpievērš uzmanība, ir: sistēmas parametru uzraudzības sistēma, kas balstīta uz vienkāršotu koherentu tehnoloģiju un mašīnmācīšanos, fizisko daudzumu monitoringa tehnoloģija, kas balstīta uz koherentu signālu analīzi un fāzēm jutīgu optisko laika domēna atspoguļojumu.
(2) Integrēta tehnoloģija un sistēma
Ierīču integrācijas galvenais mērķis ir samazināt izmaksas. Optisko šķiedru sakaru tehnoloģijā signālu pārraidi nelielā attālumā var nodrošināt ar nepārtrauktu signālu reģenerāciju. Tomēr fāzes un polarizācijas stāvokļa atjaunošanas problēmu dēļ saskaņotu sistēmu integrācija joprojām ir samērā sarežģīta. Turklāt, ja izdosies realizēt liela mēroga integrētu optiski-elektriski-optisko sistēmu, ievērojami uzlabosies arī sistēmas jauda. Tomēr tādu faktoru dēļ kā zema tehniskā efektivitāte, augsta sarežģītība un integrācijas grūtības nav iespējams plaši reklamēt pilnībā optiskos signālus, piemēram, pilnībā optiskos 2R (atkārtota pastiprināšana, pārveidošana), 3R (atkārtota pastiprināšana). , atkārtota laika noteikšana un pārveidošana) optisko sakaru jomā. apstrādes tehnoloģija. Tāpēc integrācijas tehnoloģiju un sistēmu aspektā turpmākie pētniecības virzieni ir šādi: Lai gan esošie pētījumi par kosmosa dalīšanas multipleksēšanas sistēmām ir salīdzinoši bagāti, kosmosa dalīšanas multipleksēšanas sistēmu galvenie komponenti vēl nav guvuši tehnoloģiskus sasniegumus akadēmiskajā un rūpniecībā, un ir nepieciešama turpmāka nostiprināšana. Pētniecība, piemēram, integrētie lāzeri un modulatori, divdimensiju integrētie uztvērēji, augstas energoefektivitātes integrētie optiskie pastiprinātāji utt.; jauni optisko šķiedru veidi var ievērojami paplašināt sistēmas joslas platumu, taču joprojām ir nepieciešami turpmāki pētījumi, lai nodrošinātu, ka to visaptverošais veiktspēja un ražošanas procesi var sasniegt esošo vienoto modu šķiedru līmeni; izpētīt dažādas ierīces, kuras var izmantot ar jauno šķiedru sakaru saitē.
(3) Optiskās sakaru ierīces
Optisko sakaru ierīcēs silīcija fotonisko ierīču izpēte un attīstība ir sasniegusi sākotnējos rezultātus. Tomēr pašlaik vietējie pētījumi galvenokārt balstās uz pasīvām ierīcēm, un pētījumi par aktīvajām ierīcēm ir salīdzinoši vāji. Optisko sakaru ierīču ziņā turpmākie pētniecības virzieni ir: aktīvo ierīču un silīcija optisko ierīču integrācijas pētījumi; pētījumi par optisko ierīču, kas nav silīciju, integrācijas tehnoloģiju, piemēram, III-V materiālu un substrātu integrācijas tehnoloģiju pētījumi; jaunu ierīču izpētes un izstrādes tālāka attīstība. Sekojoši pasākumi, piemēram, integrēts litija niobāta optiskais viļņvads ar liela ātruma un zema enerģijas patēriņa priekšrocībām.
Ievietošanas laiks: 03.03.2023
