Ne tik sen lēnām tika izstrādāta pusgada atbilžu lapa par Hengqin kopīgu attīstību starp Džuhai un Makao. Viena no pārrobežu optiskajām šķiedrām piesaistīja uzmanību. Tā šķērsoja Džuhai un Makao, lai nodrošinātu skaitļošanas jaudas starpsavienojumu un resursu koplietošanu starp Makao un Hengqin, kā arī izveidotu informācijas kanālu. Šanhaja arī veicina pilnībā optiskās šķiedras sakaru tīkla "no optiskā uz vara aizmuguri" modernizācijas un pārveidošanas projektu, lai nodrošinātu augstas kvalitātes ekonomisko attīstību un labākus sakaru pakalpojumus iedzīvotājiem.
Strauji attīstoties interneta tehnoloģijām, lietotāju pieprasījums pēc interneta datplūsmas pieaug katru dienu, un optisko šķiedru sakaru jaudas uzlabošana ir kļuvusi par steidzamu problēmu, kas jārisina.
Kopš optisko šķiedru sakaru tehnoloģijas parādīšanās tā ir izraisījusi būtiskas pārmaiņas zinātnes un tehnoloģiju jomā, kā arī sabiedrībā. Kā svarīgs lāzertehnoloģijas pielietojums, lāzerinformācijas tehnoloģija, ko pārstāv optisko šķiedru sakaru tehnoloģija, ir izveidojusi mūsdienu sakaru tīkla ietvaru un kļuvusi par svarīgu informācijas pārraides sastāvdaļu. Optisko šķiedru sakaru tehnoloģija ir svarīgs mūsdienu interneta pasaules nesējspēks, un tā ir arī viena no informācijas laikmeta pamattehnoloģijām.
Līdz ar nepārtrauktu dažādu jaunu tehnoloģiju, piemēram, lietu interneta, lielo datu, virtuālās realitātes, mākslīgā intelekta (MI), piektās paaudzes mobilo sakaru (5G) un citu tehnoloģiju, parādīšanos informācijas apmaiņai un pārraidei tiek izvirzītas augstākas prasības. Saskaņā ar Cisco 2019. gadā publicētajiem pētījumu datiem, globālā gada IP datplūsma pieaugs no 1,5 ZB (1 ZB = 1021 B) 2017. gadā līdz 4,8 ZB 2022. gadā, un saliktais gada pieauguma temps būs 26%. Saskaroties ar lielas datplūsmas pieauguma tendenci, optiskās šķiedras sakari kā sakaru tīkla mugurkauls ir pakļauti milzīgam spiedienam uz modernizāciju. Ātrdarbīgas, lielas ietilpības optiskās šķiedras sakaru sistēmas un tīkli būs galvenais optiskās šķiedras sakaru tehnoloģijas attīstības virziens.
Optisko šķiedru sakaru tehnoloģijas attīstības vēsture un pētniecības statuss
Pirmais rubīna lāzers tika izstrādāts 1960. gadā pēc tam, kad Artūrs Šovlovs un Čārlzs Taunss 1958. gadā atklāja lāzeru darbības principus. Pēc tam, 1970. gadā, tika veiksmīgi izstrādāts pirmais AlGaAs pusvadītāju lāzers, kas spēj nepārtraukti darboties istabas temperatūrā, un 1977. gadā tika realizēts pusvadītāju lāzers, kas praktiskā vidē spēj nepārtraukti darboties desmitiem tūkstošu stundu.
Līdz šim lāzeriem ir priekšnoteikumi komerciālai optisko šķiedru sakariem. Jau no paša lāzera izgudrošanas sākuma izgudrotāji atzina tā svarīgo potenciālo pielietojumu sakaru jomā. Tomēr lāzera sakaru tehnoloģijai ir divi acīmredzami trūkumi: pirmkārt, liels enerģijas daudzums tiks zaudēts lāzera stara diverģences dēļ; otrkārt, to lielā mērā ietekmē pielietojuma vide, piemēram, pielietojums atmosfēras vidē būs ievērojami pakļauts laika apstākļu izmaiņām. Tāpēc lāzera sakariem ļoti svarīgs ir piemērots optiskais viļņvads.
Nobela prēmijas fizikā laureāta Dr. Kao Kunga ierosinātā optiskā šķiedra sakariem atbilst lāzera sakaru tehnoloģijas vajadzībām viļņvadu jomā. Viņš ierosināja, ka stikla optiskās šķiedras Releja izkliedes zudumi var būt ļoti zemi (mazāk nekā 20 dB/km), un jaudas zudumi optiskajā šķiedrā galvenokārt rodas no gaismas absorbcijas stikla materiālu piemaisījumos, tāpēc materiāla attīrīšana ir galvenais faktors optiskās šķiedras zudumu samazināšanā, kā arī norādīja, ka vienmoda pārraide ir svarīga, lai uzturētu labu sakaru veiktspēju.
1970. gadā Corning Glass Company izstrādāja uz kvarca bāzes veidotu daudzmodu optisko šķiedru ar aptuveni 20 dB/km zudumiem, ievērojot Dr. Kao attīrīšanas ieteikumu, padarot optisko šķiedru par realitāti sakaru pārraides vidē. Pēc nepārtrauktiem pētījumiem un izstrādes kvarca bāzes optisko šķiedru zudumi tuvojās teorētiskajai robežai. Līdz šim optiskās šķiedras sakaru nosacījumi ir pilnībā izpildīti.
Agrīnās optisko šķiedru sakaru sistēmas visas izmantoja tiešās detekcijas uztveršanas metodi. Šī ir samērā vienkārša optisko šķiedru sakaru metode. PD ir kvadrātveida likuma detektors, un var noteikt tikai optiskā signāla intensitāti. Šī tiešās detekcijas uztveršanas metode ir turpinājusies no pirmās optisko šķiedru sakaru tehnoloģijas paaudzes 20. gs. 70. gados līdz 20. gs. 90. gadu sākumam.
Lai palielinātu spektra izmantošanu joslas platumā, mums jāsāk no diviem aspektiem: viens ir izmantot tehnoloģiju, lai tuvotos Šenona robežai, bet spektra efektivitātes pieaugums ir palielinājis telekomunikāciju un trokšņa attiecības prasības, tādējādi samazinot pārraides attālumu; otrs ir pilnībā izmantot fāzi. Pārraidei tiek izmantota polarizācijas stāvokļa informācijas pārneses jauda, kas ir otrās paaudzes koherentā optiskā sakaru sistēma.
Otrās paaudzes koherentā optiskā sakaru sistēma izmanto optisko mikseri intradīna noteikšanai un pieņem polarizācijas daudzveidības uztveršanu, tas ir, uztvērēja galā signāla gaisma un lokālā oscilatora gaisma tiek sadalīti divos gaismas staros, kuru polarizācijas stāvokļi ir viens otram perpendikulāri. Tādā veidā var panākt polarizācijai nejutīgu uztveršanu. Turklāt jāatzīmē, ka šajā laikā frekvences izsekošanu, nesēja fāzes atgūšanu, izlīdzināšanu, sinhronizāciju, polarizācijas izsekošanu un demultipleksēšanu uztvērēja galā var veikt ar digitālās signāla apstrādes (DSP) tehnoloģiju, kas ievērojami vienkāršo uztvērēja aparatūras dizainu un uzlabo signāla atgūšanas iespējas.
Daži izaicinājumi un apsvērumi, kas saistīti ar optisko šķiedru sakaru tehnoloģijas attīstību
Pielietojot dažādas tehnoloģijas, akadēmiskās aprindas un nozare būtībā ir sasniegušas optisko šķiedru 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. Konkrēta diskusija ir šāda.
1. Risinājums raidīšanas jaudas palielināšanai
Tā kā nelineāro efektu, ko rada lielas jaudas pārraide, var samazināt, pareizi palielinot šķiedras šķērsgriezuma efektīvo laukumu, jaudas palielināšanas risinājums ir pārraidei izmantot mazmodu šķiedru, nevis vienmodu šķiedru. Turklāt pašlaik visizplatītākais nelineāro efektu risinājums ir digitālās atpakaļizplatīšanas (DBP) algoritma izmantošana, taču algoritma veiktspējas uzlabošana palielinās skaitļošanas sarežģītību. Nesen veiktie mašīnmācīšanās tehnoloģijas pētījumi nelineārā kompensācijā ir parādījuši labas pielietojuma perspektīvas, kas ievērojami samazina algoritma sarežģītību, tāpēc mašīnmācīšanās nākotnē varētu palīdzēt DBP sistēmas projektēšanā.
2. Palieliniet optiskā pastiprinātāja joslas platumu
Palielinot joslas platumu, var pārvarēt EDFA frekvenču diapazona ierobežojumus. Papildus C un L joslai, pielietojuma diapazonā var iekļaut arī S joslu, un pastiprināšanai var izmantot SOA vai Ramana pastiprinātāju. Tomēr esošajai optiskajai šķiedrai ir lieli zudumi citās frekvenču joslās, izņemot S joslu, un ir nepieciešams izstrādāt jauna veida optisko šķiedru, lai samazinātu pārraides zudumus. Bet pārējām joslām izaicinājums ir arī komerciāli pieejamā optiskās pastiprināšanas tehnoloģija.
3. Zema caurlaidības zuduma optiskās šķiedras pētījumi
Zemu pārraides zudumu šķiedru pētījumi ir viens no kritiskākajiem jautājumiem šajā jomā. Dobkodola šķiedrai (HCF) ir iespēja samazināt pārraides zudumus, kas samazinās šķiedras pārraides laika aizturi un lielā mērā novērsīs šķiedras nelineāro problēmu.
4. Telpiskās dalīšanas multipleksēšanas tehnoloģiju pētījumi
Telpas dalīšanas multipleksēšanas tehnoloģija ir efektīvs risinājums, lai palielinātu vienas šķiedras jaudu. Konkrēti, pārraidei tiek izmantota daudzkodolu optiskā šķiedra, un vienas šķiedras jauda tiek dubultota. Galvenais jautājums šajā sakarā ir, vai ir pieejams augstākas efektivitātes optiskais pastiprinātājs. Pretējā gadījumā tas var būt līdzvērtīgs tikai vairākām vienas kodola optiskajām šķiedrām; izmantojot režīma dalīšanas multipleksēšanas tehnoloģiju, tostarp lineārās polarizācijas režīmu, OAM staru kūli, kas balstīts uz fāzes singularitāti, un cilindrisku vektoru staru kūli, kas balstīts uz polarizācijas singularitāti, šāda tehnoloģija var tikt izmantota. Staru multipleksēšana nodrošina jaunu brīvības pakāpi un uzlabo optisko sakaru sistēmu jaudu. Tai ir plašas pielietojuma iespējas optisko šķiedru sakaru tehnoloģijā, taču arī saistīto optisko pastiprinātāju izpēte ir izaicinājums. Turklāt uzmanības vērta ir arī tas, kā līdzsvarot sistēmas sarežģītību, ko rada diferenciālā režīma grupas aizkave un vairāku ieeju un vairāku izeju digitālā izlīdzināšanas tehnoloģija.
Optisko šķiedru sakaru tehnoloģijas attīstības perspektīvas
Optisko šķiedru sakaru tehnoloģija ir attīstījusies no sākotnējās zema ātruma pārraides līdz pašreizējai ātrgaitas pārraidei un ir kļuvusi par vienu no informācijas sabiedrības atbalsta mugurkaula tehnoloģijām, kā arī ir izveidojusi milzīgu disciplīnu un sociālo jomu. Nākotnē, pieaugot sabiedrības pieprasījumam pēc informācijas pārraides, optisko šķiedru sakaru sistēmas un tīklu tehnoloģijas attīstīsies īpaši lielas jaudas, intelekta un integrācijas virzienā. Vienlaikus uzlabojot pārraides veiktspēju, tās turpinās samazināt izmaksas, kalpot iedzīvotāju iztikai un palīdzēt valstij veidot informāciju. Sabiedrībai ir svarīga loma. CeiTa ir sadarbojusies ar vairākām dabas katastrofu organizācijām, kas var paredzēt reģionālus drošības brīdinājumus, piemēram, zemestrīces, plūdus un cunami. Tai tikai jāpieslēdzas CeiTa ONU. Dabas katastrofas gadījumā zemestrīces stacija izdos agrīnu brīdinājumu. ONU brīdinājumu terminālis tiks sinhronizēts.
(1) Inteliģents optiskais tīkls
Salīdzinot ar bezvadu sakaru sistēmu, viedā optiskā tīkla optisko sakaru sistēma un tīkls joprojām ir sākotnējā stadijā tīkla konfigurācijas, tīkla uzturēšanas un defektu diagnostikas ziņā, un intelekta pakāpe ir nepietiekama. Vienas šķiedras milzīgās jaudas dēļ jebkura šķiedras atteice būtiski ietekmēs ekonomiku un sabiedrību. Tāpēc tīkla parametru uzraudzība ir ļoti svarīga nākotnes viedo tīklu attīstībai. Pētniecības virzieni, kuriem šajā aspektā nākotnē jāpievērš uzmanība, ir šādi: sistēmas parametru uzraudzības sistēma, kuras pamatā ir vienkāršota koherenta tehnoloģija un mašīnmācīšanās, fizisko lielumu uzraudzības tehnoloģija, kuras pamatā ir koherenta signāla analīze, un fāzes jutīga optiskā laika domēna refleksija.
(2) Integrēta tehnoloģija un sistēma
Ierīču integrācijas galvenais mērķis ir samazināt izmaksas. Optisko šķiedru sakaru tehnoloģijā signālu pārraidi nelielā attālumā ar ātrgaitas palīdzību var realizēt, izmantojot nepārtrauktu signāla reģenerāciju. Tomēr fāzes un polarizācijas stāvokļa atjaunošanas problēmu dēļ koherentu sistēmu integrācija joprojām ir samērā sarežģīta. Turklāt, ja var 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 popularizēt pilnībā optiskos signālus, piemēram, pilnībā optiskos 2R (atkārtota pastiprināšana, pārveidošana), 3R (atkārtota pastiprināšana, atkārtota laika pielāgošana un pārveidošana) optisko sakaru apstrādes tehnoloģiju jomā. Tāpēc integrācijas tehnoloģiju un sistēmu ziņā turpmākie pētījumu virzieni ir šādi: Lai gan esošie pētījumi par telpas dalīšanas multipleksēšanas sistēmām ir samērā bagātīgi, telpas dalīšanas multipleksēšanas sistēmu galvenie komponenti vēl nav sasnieguši tehnoloģiskus izrāvienus akadēmiskajā un rūpnieciskajā vidē, un ir nepieciešama turpmāka stiprināšana. Pētījumi, piemēram, integrēti lāzeri un modulatori, divdimensiju integrēti uztvērēji, augstas energoefektivitātes integrēti optiskie pastiprinātāji utt.; jauni optisko šķiedru veidi var ievērojami paplašināt sistēmas joslas platumu, taču joprojām ir nepieciešami turpmāki pētījumi, lai nodrošinātu, ka to visaptverošā veiktspēja un ražošanas procesi var sasniegt esošo viena režīma šķiedras līmeni; izpētīt dažādas ierīces, kuras var izmantot ar jauno šķiedru sakaru saitē.
(3) Optiskās sakaru ierīces
Optisko sakaru ierīču jomā silīcija fotonisko ierīču pētniecība un attīstība ir sasniegusi sākotnējos rezultātus. Tomēr pašlaik vietējie pētījumi galvenokārt balstās uz pasīvajām ierīcēm, un aktīvo ierīču pētniecība ir relatīvi vāja. Optisko sakaru ierīču ziņā turpmākie pētniecības virzieni ietver: aktīvo ierīču un silīcija optisko ierīču integrācijas pētījumus; ne-silīcija optisko ierīču integrācijas tehnoloģiju pētījumus, piemēram, III-V materiālu un substrātu integrācijas tehnoloģiju pētījumus; jaunu ierīču tālāku izstrādi un izstrādi. Turpmākie pasākumi, piemēram, integrēts litija niobāta optiskais viļņvads ar liela ātruma un zema enerģijas patēriņa priekšrocībām.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 3. augusts
