Není to tak dávno, co se pololetní odpovědní list pro společný vývoj Hengqin mezi Zhuhai a Macaem pomalu odvíjel. Pozornost přitáhlo jedno z přeshraničních optických vláken. Prošel Zhuhai a Macaem, aby realizoval propojení výpočetního výkonu a sdílení zdrojů z Macaa do Hengqinu a vybudoval informační kanál. Šanghaj také podporuje projekt modernizace a transformace celovláknové komunikační sítě „optické do měděné zadní“ s cílem zajistit vysoce kvalitní ekonomický rozvoj a lepší komunikační služby pro obyvatele.
S rychlým rozvojem internetových technologií se poptávka uživatelů po internetovém provozu každým dnem zvyšuje. Jak zlepšit kapacitu komunikace optických vláken se stalo naléhavým problémem, který je třeba vyřešit.
Od doby, kdy se objevila komunikační technologie s optickými vlákny, přinesla velké změny v oblasti vědy a techniky a společnosti. Laserová informační technologie reprezentovaná komunikační technologií optických vláken jako důležitá aplikace laserové technologie vybudovala rámec moderní komunikační sítě a stala se důležitou součástí přenosu informací. Komunikační technologie optických vláken je důležitou nosnou silou současného internetového světa a je také jednou ze základních technologií informačního věku.
S neustálým nástupem různých nově vznikajících technologií, jako je internet věcí, velká data, virtuální realita, umělá inteligence (AI), mobilní komunikace páté generace (5G) a další technologie, jsou na výměnu a přenos informací kladeny vyšší nároky. Podle údajů z výzkumu, které společnost Cisco zveřejnila v roce 2019, se celosvětový roční provoz IP zvýší z 1,5 ZB (1 ZB=1021 B) v roce 2017 na 4,8 ZB v roce 2022 se složenou roční mírou růstu o 26 %. Tváří v tvář rostoucímu trendu vysokého provozu je komunikace s optickými vlákny jako nejpáteřnější část komunikační sítě pod obrovským tlakem na modernizaci. Vysokorychlostní, velkokapacitní komunikační systémy a sítě z optických vláken budou hlavním směrem vývoje komunikačních technologií s optickými vlákny.
Historie vývoje a stav výzkumu komunikační technologie optických vláken
První rubínový laser byl vyvinut v roce 1960 po objevu fungování laserů Arthurem Showlowem a Charlesem Townesem v roce 1958. Poté, v roce 1970, byl úspěšně vyvinut první AlGaAs polovodičový laser schopný nepřetržitého provozu při pokojové teplotě a v roce 1977, polovodičový laser byl realizován tak, aby pracoval nepřetržitě po desítky tisíc hodin v praktickém prostředí.
Lasery mají zatím předpoklady pro komerční komunikaci optických vláken. Od počátku vynálezu laseru si vynálezci uvědomovali jeho důležitou potenciální aplikaci v oblasti komunikace. V laserové komunikační technologii jsou však dva zjevné nedostatky: jedním je to, že dojde ke ztrátě velkého množství energie v důsledku divergence laserového paprsku; druhá je, že je značně ovlivněna aplikačním prostředím, např. aplikace v atmosférickém prostředí bude výrazně podléhat změnám povětrnostních podmínek. Pro laserovou komunikaci je proto velmi důležitý vhodný optický vlnovod.
Optické vlákno používané pro komunikaci navržené Dr. Kao Kungem, nositelem Nobelovy ceny za fyziku, splňuje potřeby laserové komunikační technologie pro vlnovody. Navrhl, že Rayleighova rozptylová ztráta skleněného optického vlákna může být velmi nízká (méně než 20 dB/km) a výkonová ztráta v optickém vláknu pochází hlavně z absorpce světla nečistotami ve skleněných materiálech, takže čištění materiálu je klíčem ke snížení ztráty optického vlákna Key, a také poukázal na to, že přenos v jednom režimu je důležitý pro udržení dobrého komunikačního výkonu.
V roce 1970 vyvinula společnost Corning Glass Company vícevidové optické vlákno na bázi křemene se ztrátou asi 20 dB/km podle návrhu Dr. Kao na čištění, díky čemuž se optické vlákno stalo realitou pro komunikační přenosová média. Po neustálém výzkumu a vývoji se ztráta optických vláken na bázi křemene přiblížila teoretické hranici. Podmínky komunikace optických vláken jsou zatím plně splněny.
První komunikační systémy s optickými vlákny všechny přijaly přijímací metodu přímé detekce. Jedná se o relativně jednoduchý způsob komunikace optickým vláknem. PD je detektor čtvercového zákona a lze detekovat pouze intenzitu optického signálu. Tato metoda příjmu přímé detekce pokračuje od první generace komunikační technologie optických vláken v 70. letech 20. století do počátku 90. let.
Abychom zvýšili využití spektra v rámci šířky pásma, musíme začít ze dvou aspektů: jedním je použití technologie k přiblížení se Shannonově limitu, ale zvýšení účinnosti spektra zvýšilo požadavky na poměr telekomunikace k šumu, čímž se snížil přenosová vzdálenost; druhým je plné využití fáze. Pro přenos je využita informační kapacita polarizačního stavu, což je koherentní optický komunikační systém druhé generace.
Druhá generace koherentního optického komunikačního systému využívá optický směšovač pro intradynovou detekci a přijímá polarizační diverzitní příjem, to znamená, že na přijímacím konci jsou signální světlo a světlo lokálního oscilátoru rozloženy do dvou paprsků světla, jejichž stavy polarizace jsou ortogonální. k sobě navzájem. Tímto způsobem lze dosáhnout příjmu necitlivého na polarizaci. Kromě toho je třeba zdůraznit, že v současné době může být sledování frekvence, obnova nosné fáze, ekvalizace, synchronizace, sledování polarizace a demultiplexování na přijímací straně dokončeno technologií digitálního zpracování signálu (DSP), což značně zjednodušuje hardware. design přijímače a vylepšená schopnost obnovy signálu.
Některé výzvy a úvahy, kterým čelí vývoj komunikační technologie optických vláken
Aplikací různých technologií se akademické kruhy a průmysl v podstatě dostaly na hranici spektrální účinnosti optického komunikačního systému. Pokračovat ve zvyšování přenosové kapacity lze dosáhnout pouze zvýšením šířky pásma systému B (lineární zvýšení kapacity) nebo zvýšením odstupu signálu od šumu. Konkrétní diskuse je následující.
1. Řešení pro zvýšení vysílacího výkonu
Vzhledem k tomu, že nelineární efekt způsobený přenosem vysokého výkonu lze snížit správným zvětšením efektivní plochy průřezu vlákna, je řešením pro zvýšení výkonu použít pro přenos vlákno s několika vidy namísto vlákna s jedním režimem. Kromě toho je současným nejběžnějším řešením nelineárních efektů použití algoritmu digitálního zpětného šíření (DBP), ale zlepšení výkonu algoritmu povede ke zvýšení výpočetní složitosti. Výzkum technologie strojového učení v nelineární kompenzaci nedávno ukázal dobrou aplikační vyhlídku, která výrazně snižuje složitost algoritmu, takže návrhu systému DBP může v budoucnu pomoci strojové učení.
2. Zvyšte šířku pásma optického zesilovače
Zvýšení šířky pásma může prolomit omezení frekvenčního rozsahu EDFA. Kromě C-pásma a L-pásma lze do aplikační řady zařadit i S-pásmo a pro zesílení použít SOA nebo Ramanův zesilovač. Stávající optické vlákno má však velkou ztrátu v jiných frekvenčních pásmech než v S-pásmu a je nutné navrhnout nový typ optického vlákna, aby se přenosové ztráty snížily. Ale pro zbytek pásem je výzvou také komerčně dostupná technologie optického zesílení.
3. Výzkum optického vlákna s nízkou přenosovou ztrátou
Výzkum vláken s nízkou přenosovou ztrátou je jedním z nejkritičtějších problémů v této oblasti. Duté vlákno (HCF) má možnost nižších přenosových ztrát, což sníží časové zpoždění přenosu vlákna a může do značné míry eliminovat nelineární problém vlákna.
4. Výzkum technologií souvisejících s multiplexováním s dělením vesmíru
Technologie space-division multiplexing je efektivním řešením pro zvýšení kapacity jednoho vlákna. Konkrétně se pro přenos používá vícejádrové optické vlákno a kapacita jednoho vlákna se zdvojnásobí. Klíčovým problémem v tomto ohledu je, zda existuje optický zesilovač s vyšší účinností. , jinak může být ekvivalentní pouze více jednojádrovým optickým vláknům; pomocí technologie multiplexování s dělením podle módu, včetně režimu lineární polarizace, paprsku OAM založeného na fázové singularitě a cylindrického vektorového paprsku založeného na polarizační singularitě, lze takovou technologii použít Multiplexování paprsků poskytuje nový stupeň volnosti a zlepšuje kapacitu optických komunikačních systémů. Má široké aplikační vyhlídky v komunikační technologii optických vláken, ale výzvou je také výzkum souvisejících optických zesilovačů. Kromě toho stojí za pozornost také to, jak vyvážit složitost systému způsobenou skupinovým zpožděním diferenciálního režimu a technologií digitální ekvalizace s více vstupy a více výstupy.
Perspektivy rozvoje komunikační technologie optických vláken
Komunikační technologie optických vláken se vyvinula z počátečního nízkorychlostního přenosu na současný vysokorychlostní přenos a stala se jednou z páteřních technologií podporujících informační společnost a vytvořila obrovskou disciplínu a sociální pole. V budoucnu, jak bude poptávka společnosti po přenosu informací neustále narůstat, se komunikační systémy s optickými vlákny a síťové technologie budou vyvíjet směrem k ultra velké kapacitě, inteligenci a integraci. Při zlepšování přenosové výkonnosti budou i nadále snižovat náklady a sloužit obyvatelům živobytí a pomáhat zemi budovat informace. společnost hraje důležitou roli. CeiTa spolupracovala s řadou organizací pro přírodní katastrofy, které dokážou předvídat regionální bezpečnostní varování, jako jsou zemětřesení, záplavy a tsunami. Musí být připojen pouze k ONU CeiTa. Když dojde k přírodní katastrofě, zemětřesná stanice vydá včasné varování. Terminál pod ONU Alerts bude synchronizován.
(1) Inteligentní optická síť
Optický komunikační systém a síť inteligentní optické sítě jsou ve srovnání s bezdrátovým komunikačním systémem stále v počáteční fázi z hlediska konfigurace sítě, údržby sítě a diagnostiky poruch a stupeň inteligence je nedostatečný. Vzhledem k obrovské kapacitě jediného vlákna bude mít výskyt jakéhokoli selhání vlákna velký dopad na ekonomiku a společnost. Proto je sledování parametrů sítě velmi důležité pro rozvoj budoucích inteligentních sítí. Mezi výzkumné směry, kterým je třeba v tomto aspektu v budoucnu věnovat pozornost, patří: systém monitorování parametrů systému založený na zjednodušené koherentní technologii a strojovém učení, technologie monitorování fyzikálních veličin na bázi koherentní analýzy signálu a fázově citlivá optická reflexe v časové oblasti.
(2) Integrovaná technologie a systém
Hlavním účelem integrace zařízení je snížit náklady. V komunikační technologii optických vláken může být vysokorychlostní přenos signálů na krátkou vzdálenost realizován nepřetržitou regenerací signálu. Vzhledem k problémům s obnovou fázového a polarizačního stavu je však integrace koherentních systémů stále poměrně obtížná. Pokud se navíc podaří realizovat rozsáhlý integrovaný opticko-elektricko-optický systém, výrazně se zlepší i kapacita systému. Kvůli faktorům, jako je nízká technická účinnost, vysoká složitost a obtížnost integrace, je však nemožné široce propagovat plně optické signály, jako jsou plně optické 2R (znovuzesílení, přetvoření), 3R (znovuzesílení). , re-timing a re-shaping) v oblasti optických komunikací. technologie zpracování. Z hlediska integračních technologií a systémů jsou tedy budoucí směry výzkumu následující: Přestože je stávající výzkum systémů multiplexování s dělením vesmíru poměrně bohatý, klíčové komponenty systémů multiplexování s dělením vesmíru dosud nedosáhly technologického průlomu v akademické sféře a průmyslu, a je potřeba další posilování. Výzkum, jako jsou integrované lasery a modulátory, dvourozměrné integrované přijímače, integrované optické zesilovače s vysokou energetickou účinností atd.; nové typy optických vláken mohou významně rozšířit šířku pásma systému, ale je stále zapotřebí dalšího výzkumu, aby se zajistilo, že jejich komplexní výkon a výrobní procesy mohou dosáhnout stávající úrovně jednovidového vlákna; studovat různá zařízení, která lze použít s novým vláknem v komunikačním spojení.
(3) Optická komunikační zařízení
V optických komunikačních zařízeních dosáhl výzkum a vývoj křemíkových fotonických zařízení počátečních výsledků. V současnosti je však domácí výzkum založen především na pasivních zařízeních a výzkum aktivních zařízení je relativně slabý. V oblasti optických komunikačních zařízení budoucí směry výzkumu zahrnují: integrační výzkum aktivních zařízení a křemíkových optických zařízení; výzkum integrační technologie nekřemíkových optických zařízení, jako je výzkum integrační technologie III-V materiálů a substrátů; další rozvoj výzkumu a vývoje nových zařízení. Následné, jako je integrovaný lithiový niobátový optický vlnovod s výhodami vysoké rychlosti a nízké spotřeby energie.
Čas odeslání: srpen-03-2023
