Не толку одамна, полека се одвиваше прашалникот за заедничкиот развој на Хенгкин помеѓу Жухаи и Макао за средината на годината. Едно од прекуграничните оптички влакна привлече внимание. Помина низ Жухаи и Макао за да се реализира меѓусебно поврзување на компјутерската моќ и споделување на ресурсите од Макао до Хенгкин, како и изградба на информациски канал. Шангај, исто така, го промовира проектот за надградба и трансформација на комуникациската мрежа од сите влакна „оптика во бакар“ за да се обезбеди висококвалитетен економски развој и подобри комуникациски услуги за жителите.
Со брзиот развој на интернет технологијата, побарувачката на корисниците за интернет сообраќај се зголемува од ден на ден, па затоа подобрувањето на капацитетот на оптичката комуникација стана итен проблем што треба да се реши.
Од појавата на технологијата за комуникација преку оптички влакна, таа донесе големи промени во областите на науката, технологијата и општеството. Како важна примена на ласерската технологија, ласерската информатичка технологија претставена преку технологијата за комуникација преку оптички влакна ја изгради рамката на модерната комуникациска мрежа и стана важен дел од преносот на информации. Технологијата за комуникација преку оптички влакна е важна носителка на современиот интернет свет, а воедно е и една од основните технологии на информациското доба.
Со континуираната појава на разни нови технологии како што се Интернет на нештата, големи податоци, виртуелна реалност, вештачка интелигенција (ВИ), мобилни комуникации од петта генерација (5G) и други технологии, се поставуваат поголеми барања за размена и пренос на информации. Според податоците од истражувањето објавени од Cisco во 2019 година, глобалниот годишен IP сообраќај ќе се зголеми од 1,5 ZB (1 ZB = 1021B) во 2017 година на 4,8 ZB во 2022 година, со сложена годишна стапка на раст од 26%. Соочени со трендот на раст на голем сообраќај, комуникацијата преку оптички влакна, како најосновниот дел од комуникациската мрежа, е под огромен притисок за надградба. Брзите и големите комуникациски системи и мрежи преку оптички влакна ќе бидат главната насока на развој на комуникациската технологија со оптички влакна.
Историја на развојот и статус на истражување на технологијата за комуникација со оптички влакна
Првиот рубински ласер беше развиен во 1960 година, по откривањето на тоа како функционираат ласерите од страна на Артур Шолоу и Чарлс Таунс во 1958 година. Потоа, во 1970 година, успешно беше развиен првиот полупроводнички ласер AlGaAs способен за континуирано работење на собна температура, а во 1977 година, полупроводничкиот ласер беше сфатен дека работи континуирано десетици илјади часа во практична средина.
Досега, ласерите ги имаат предусловите за комерцијална комуникација преку оптички влакна. Од самиот почеток на пронаоѓањето на ласерот, пронаоѓачите ја препознаа неговата важна потенцијална примена во областа на комуникацијата. Сепак, постојат два очигледни недостатоци во технологијата за ласерска комуникација: едниот е што ќе се изгуби голема количина на енергија поради дивергенцијата на ласерскиот зрак; другиот е што тој е во голема мера под влијание на околината на примена, како на пример примената во атмосферската средина ќе биде значително подложна на промени во временските услови. Затоа, за ласерска комуникација, соодветен оптички брановод е многу важен.
Оптичкото влакно што се користи за комуникација предложено од д-р Као Кунг, добитник на Нобелова награда за физика, ги задоволува потребите на ласерската комуникациска технологија за брановоди. Тој предложи дека Рејлиевото расејување на загубата на стаклени оптички влакна може да биде многу ниско (помалку од 20 dB/km), а загубата на моќност кај оптичките влакна главно доаѓа од апсорпцијата на светлината од нечистотиите во стаклените материјали, па затоа прочистувањето на материјалот е клучно за намалување на загубата на оптички влакна, а исто така истакна дека едномодниот пренос е важен за одржување на добри комуникациски перформанси.
Во 1970 година, компанијата „Корнинг Глас“ разви мултимодно оптичко влакно базирано на кварц со загуба од околу 20dB/km според предлогот за прочистување на д-р Као, со што оптичкото влакно стана реалност за медиум за пренос на комуникација. По континуирано истражување и развој, загубата на оптички влакна базирани на кварц се приближи до теоретската граница. Досега, условите за комуникација преку оптички влакна се целосно задоволени.
Сите рани комуникациски системи преку оптички влакна го усвоија методот на примање со директно откривање. Ова е релативно едноставен метод на комуникација преку оптички влакна. PD е детектор со квадратен закон и може да се детектира само интензитетот на оптичкиот сигнал. Овој метод на примање преку директно откривање продолжи од првата генерација на комуникациска технологија преку оптички влакна во 1970-тите до почетокот на 1990-тите.
За да се зголеми искористеноста на спектарот во рамките на пропусниот опсег, треба да започнеме од два аспекта: едниот е да се користи технологија за да се приближи до Шеноновата граница, но зголемувањето на ефикасноста на спектарот ги зголеми барањата за односот телекомуникации-шум, со што се намалува растојанието на пренос; другиот е целосно да се искористи фазата. Капацитетот на пренос на информации од состојбата на поларизација се користи за пренос, што е кохерентен оптички комуникациски систем од втора генерација.
Кохерентниот оптички комуникациски систем од втора генерација користи оптички миксер за интрадинска детекција и прифаќа прием со поларизациски диверзитет, односно на приемниот крај, сигналната светлина и локалната осцилаторна светлина се разложуваат на два зраци светлина чии состојби на поларизација се ортогонални еден на друг. На овој начин, може да се постигне прием нечувствителен на поларизација. Покрај тоа, треба да се истакне дека во овој момент, следењето на фреквенцијата, обновувањето на фазата на носачот, изедначувањето, синхронизацијата, следењето на поларизацијата и демултиплексирањето на приемниот крај можат да се завршат со технологија за дигитална обработка на сигнали (DSP), што во голема мера го поедноставува хардверскиот дизајн на приемникот и ја подобрува можноста за обновување на сигналот.
Некои предизвици и размислувања со кои се соочува развојот на технологијата за комуникација преку оптички влакна
Преку примена на различни технологии, академските кругови и индустријата во основа ја достигнаа границата на спектралната ефикасност на комуникацискиот систем преку оптички влакна. За да се продолжи со зголемување на преносниот капацитет, тоа може да се постигне само со зголемување на пропусниот опсег на системот B (линеарно зголемување на капацитетот) или зголемување на односот сигнал-шум. Конкретната дискусија е следнава.
1. Решение за зголемување на моќноста на пренос
Бидејќи нелинеарниот ефект предизвикан од пренос со голема моќност може да се намали со правилно зголемување на ефективната површина на пресекот на влакното, решение за зголемување на моќноста е да се користат неколкумодни влакна наместо едномодни влакна за пренос. Покрај тоа, моментално најчесто решение за нелинеарните ефекти е да се користи алгоритмот за дигитално повратно пропагирање (DBP), но подобрувањето на перформансите на алгоритмот ќе доведе до зголемување на пресметковната комплексност. Неодамна, истражувањето на технологијата за машинско учење во нелинеарна компензација покажа добра перспектива за примена, што значително ја намалува комплексноста на алгоритмот, така што дизајнот на DBP системот може да биде потпомогнат од машинско учење во иднина.
2. Зголемување на пропусниот опсег на оптичкиот засилувач
Зголемувањето на пропусниот опсег може да го пробие ограничувањето на фреквентниот опсег на EDFA. Покрај C-опсегот и L-опсегот, S-опсегот може да се вклучи и во опсегот на примена, а SOA или Рамановиот засилувач може да се користи за засилување. Сепак, постојното оптичко влакно има големи загуби во фреквентните опсези освен S-опсегот, и потребно е да се дизајнира нов тип на оптичко влакно за да се намалат загубите при пренос. Но, за останатите опсези, комерцијално достапната технологија за оптичко засилување е исто така предизвик.
3. Истражување на оптички влакна со ниски загуби во преносот
Истражувањето на влакна со ниски загуби во преносот е едно од најкритичните прашања во оваа област. Шупливото јадро (HCF) има можност за помали загуби во преносот, што ќе го намали временското доцнење на преносот на влакната и може во голема мера да го елиминира нелинеарниот проблем на влакната.
4. Истражување на технологии поврзани со мултиплексирање со вселенска поделба
Технологијата за мултиплексирање со просторна поделба е ефикасно решение за зголемување на капацитетот на едно влакно. Поточно, за пренос се користи повеќејадрено оптичко влакно, а капацитетот на едно влакно е удвоен. Основното прашање во овој поглед е дали постои оптички засилувач со поголема ефикасност. Во спротивно, може да биде еквивалентно само на повеќекратни еднојадрени оптички влакна; користејќи технологија за мултиплексирање со модална поделба, вклучувајќи линеарен режим на поларизација, OAM зрак базиран на фазен сингуларитет и цилиндричен векторски зрак базиран на поларизирачки сингуларитет, таквата технологија може да се користи. Мултиплексирањето на зракот обезбедува нов степен на слобода и го подобрува капацитетот на оптичките комуникациски системи. Има широки перспективи за примена во технологијата за комуникација со оптички влакна, но истражувањето на сродни оптички засилувачи е исто така предизвик. Покрај тоа, како да се балансира комплексноста на системот предизвикана од доцнење на групата во диференцијалниот режим и технологијата за дигитално изедначување со повеќе влезни и излезни повеќекратни влезни сигнали е исто така достојно за внимание.
Перспективи за развој на технологијата за комуникација преку оптички влакна
Технологијата за комуникација преку оптички влакна се разви од почетниот пренос со мала брзина до сегашниот пренос со голема брзина и стана една од основните технологии што го поддржуваат информатичкото општество и формираше огромна дисциплина и општествена област. Во иднина, како што побарувачката на општеството за пренос на информации продолжува да расте, комуникациските системи и мрежните технологии со оптички влакна ќе се развиваат кон ултра-голем капацитет, интелигенција и интеграција. Додека ги подобруваат перформансите на преносот, тие ќе продолжат да ги намалуваат трошоците и да служат за егзистенција на луѓето и да ѝ помагаат на земјата да изгради информатичко општество. CeiTa соработува со голем број организации за природни катастрофи, кои можат да предвидат регионални безбедносни предупредувања како што се земјотреси, поплави и цунами. Само треба да се поврзе со ONU на CeiTa. Кога ќе се случи природна катастрофа, станицата за земјотреси ќе издаде рано предупредување. Терминалот под ONU Alerts ќе биде синхронизиран.
(1) Интелигентна оптичка мрежа
Во споредба со безжичниот комуникациски систем, оптичкиот комуникациски систем и мрежата на интелигентната оптичка мрежа се сè уште во почетна фаза во однос на конфигурацијата на мрежата, одржувањето на мрежата и дијагностицирањето на грешки, а степенот на интелигенција е недоволен. Поради огромниот капацитет на едно влакно, појавата на какво било откажување на влакното ќе има големо влијание врз економијата и општеството. Затоа, следењето на мрежните параметри е многу важно за развојот на идните интелигентни мрежи. Насоките на истражување на кои треба да се обрне внимание во овој аспект во иднина вклучуваат: систем за следење на системските параметри базиран на поедноставена кохерентна технологија и машинско учење, технологија за следење на физички количини базирана на кохерентна анализа на сигнали и фазно-чувствителна оптичка рефлексија во временски домен.
(2) Интегрирана технологија и систем
Основната цел на интеграцијата на уредите е намалување на трошоците. Во технологијата за комуникација со оптички влакна, преносот на сигнали со голема брзина на кратки растојанија може да се реализира преку континуирана регенерација на сигналот. Сепак, поради проблемите со обновувањето на фазната и поларизациските состојби, интеграцијата на кохерентни системи е сè уште релативно тешка. Покрај тоа, ако може да се реализира интегриран оптичко-електрично-оптички систем во голем обем, капацитетот на системот исто така ќе биде значително подобрен. Сепак, поради фактори како што се ниска техничка ефикасност, висока сложеност и тешкотии во интеграцијата, невозможно е широко да се промовираат целосно оптички сигнали како што се целосно оптички 2R (повторно засилување, преобликување), 3R (повторно засилување, претемпирање и преобликување) во областа на оптичките комуникации. Затоа, во однос на технологијата и системите за интеграција, идните насоки на истражување се следниве: Иако постојното истражување на системите за мултиплексирање со вселенска поделба е релативно богато, клучните компоненти на системите за мултиплексирање со вселенска поделба сè уште не постигнале технолошки пробиви во академијата и индустријата, и потребно е понатамошно зајакнување. Истражувања, како што се интегрирани ласери и модулатори, дводимензионални интегрирани приемници, високо-енергетски ефикасни интегрирани оптички засилувачи итн.; новите видови оптички влакна можат значително да го прошират пропусниот опсег на системот, но сè уште се потребни понатамошни истражувања за да се осигури дека нивните сеопфатни перформанси и производствени процеси можат да го достигнат постојното ниво на едномодни влакна; да се проучат различни уреди што можат да се користат со новото влакно во комуникациската врска.
(3) Оптички комуникациски уреди
Кај оптичките комуникациски уреди, истражувањето и развојот на силиконски фотонски уреди постигнаа почетни резултати. Сепак, во моментов, домашните истражувања се базираат главно на пасивни уреди, а истражувањето на активните уреди е релативно слабо. Во однос на оптичките комуникациски уреди, идните истражувачки насоки вклучуваат: интеграциско истражување на активни уреди и силиконски оптички уреди; истражување на технологијата за интеграција на несиликонски оптички уреди, како што е истражувањето на технологијата за интеграција на III-V материјали и подлоги; понатамошен развој на истражување и развој на нови уреди. Дополнителни активности, како што е интегриран оптички брановоден литиум ниобат со предности на голема брзина и ниска потрошувачка на енергија.
Време на објавување: 03.08.2023
