Nem sokkal ezelőtt lassan kibontakozott az évközi válaszlap Zhuhai és Makaó Hengqin közös fejlesztéséhez. Az egyik határokon átnyúló optikai szál felkeltette a figyelmet. Áthaladt Zhuhain és Makaón, hogy megvalósítsa a számítási teljesítmény összekapcsolását és az erőforrások megosztását Makaótól Hengqinig, és egy információs csatornát hozzon létre. Sanghaj emellett támogatja az "optikai rézhátúvá" való korszerűsítési és átalakítási projektjét is, amely a magas színvonalú gazdasági fejlődést és a lakosok számára nyújtott jobb kommunikációs szolgáltatásokat biztosítja.
Az internetes technológia gyors fejlődésével a felhasználók internetes forgalom iránti kereslete napról napra növekszik, az optikai szálas kommunikáció kapacitásának javítása sürgető megoldandó probléma lett.
Az optikai szálas kommunikációs technológia megjelenése óta jelentős változásokat hozott a tudomány és a technológia, valamint a társadalom területén. A lézertechnológia egyik fontos alkalmazásaként az optikai szálas kommunikációs technológia által képviselt lézerinformatika kiépítette a modern kommunikációs hálózat kereteit, és az információátvitel fontos részévé vált. Az optikai szálas kommunikációs technológia a jelenlegi internetes világ egyik fontos hordozója, és egyben az információs korszak egyik alaptechnológiája is.
A különféle feltörekvő technológiák, mint például a tárgyak internete, a big data, a virtuális valóság, a mesterséges intelligencia (AI), az ötödik generációs mobilkommunikáció (5G) és más technológiák folyamatos megjelenésével az információcserével és -továbbítással szemben egyre magasabb követelményeket támasztanak. A Cisco által 2019-ben közzétett kutatási adatok szerint a globális éves IP-forgalom a 2017-es 1,5 ZB-ről (1ZB=1021B) 2022-re 4,8 ZB-re nő, 26%-os összetett éves növekedési ütem mellett. A nagy forgalom növekedési trendjével szemben az optikai szálas kommunikáció, mint a kommunikációs hálózat leggerincesebb része, óriási fejlesztési nyomás nehezedik. A nagy sebességű, nagy kapacitású optikai szálas kommunikációs rendszerek és hálózatok lesznek az optikai szálas kommunikációs technológia fő fejlesztési irányai.
Az optikai szálas kommunikációs technológia fejlődéstörténete és kutatási helyzete
Az első rubinlézert 1960-ban fejlesztették ki, miután Arthur Showlow és Charles Townes 1958-ban felfedezte a lézerek működését. Majd 1970-ben sikeresen kifejlesztették az első AlGaAs félvezető lézert, amely szobahőmérsékleten is folyamatosan működött, és 1977-ben a félvezető lézer gyakorlati környezetben több tízezer órán keresztül folyamatosan működött.
Eddig a lézereknek megvannak az előfeltételei a kereskedelmi optikai szálas kommunikációhoz. A feltalálók a lézer feltalálásának kezdete óta felismerték annak fontos alkalmazási lehetőségeit a kommunikáció területén. A lézeres kommunikációs technológiának azonban van két nyilvánvaló hiányossága: az egyik az, hogy a lézersugár divergenciája miatt nagy mennyiségű energia fog elveszni; a másik, hogy nagyban befolyásolja az alkalmazás környezete, például a légköri környezetben történő alkalmazás jelentősen ki van téve az időjárási viszonyok változásának. Ezért a lézeres kommunikációhoz nagyon fontos a megfelelő optikai hullámvezető.
A kommunikációhoz használt optikai szál, amelyet Dr. Kao Kung, a fizikai Nobel-díjas javasolt, megfelel a lézeres kommunikációs technológia hullámvezetőkkel kapcsolatos igényeinek. Felvetette, hogy az üvegoptikai szál Rayleigh-szórási vesztesége nagyon alacsony lehet (kevesebb, mint 20 dB/km), és az optikai szál teljesítményvesztesége főként az üveganyagokban lévő szennyeződések általi fényelnyelésből adódik, ezért az anyagtisztítás a kulcs Az optikai szál veszteség csökkentésére kulcs, és arra is rámutatott, hogy az egymódusú átvitel fontos a jó kommunikációs teljesítmény fenntartásához.
1970-ben a Corning Glass Company kifejlesztett egy kvarc alapú többmódusú optikai szálat, amelynek vesztesége körülbelül 20 dB/km Dr. Kao tisztítási javaslata szerint, így az optikai szál valósággá vált a kommunikációs adathordozók számára. A folyamatos kutatás-fejlesztés után a kvarc alapú optikai szálak vesztesége megközelítette az elméleti határt. Eddig az optikai szálas kommunikáció feltételei teljes mértékben teljesültek.
A korai optikai szálas kommunikációs rendszerek mindegyike a közvetlen érzékelés vételi módszerét alkalmazta. Ez egy viszonylag egyszerű optikai szálas kommunikációs módszer. A PD négyzettörvényű detektor, és csak az optikai jel intenzitása érzékelhető. Ez a közvetlen érzékelési vételi módszer az optikai szálas kommunikációs technológia első generációjától az 1970-es évektől az 1990-es évek elejéig folytatódott.
A sávszélességen belüli spektrumkihasználtság növeléséhez két szempontból kell kiindulnunk: az egyik, hogy technológia segítségével közelítsük meg a Shannon-határt, de a spektrumhatékonyság növekedése megnövelte a távközlési-zaj arány követelményeit, ezáltal csökkentve a átviteli távolság; a másik a fázis teljes kihasználása, A polarizációs állapot információhordozó képességét használják fel az átvitelre, amely a második generációs koherens optikai kommunikációs rendszer.
A második generációs koherens optikai kommunikációs rendszer optikai keverőt használ az intradyne detektáláshoz, és polarizációs diverzitású vételt alkalmaz, azaz a vevő végén a jelfény és a helyi oszcillátor fénye két fénysugárra bomlik, amelyek polarizációs állapota merőleges. egymásnak. Ily módon polarizáció-érzéketlen vétel érhető el. Ezen túlmenően meg kell jegyezni, hogy jelenleg a frekvenciakövetés, a vivőfázis-helyreállítás, a kiegyenlítés, a szinkronizálás, a polarizációkövetés és a demultiplexelés a vevőoldalon digitális jelfeldolgozó (DSP) technológiával teljesíthető, ami nagyban leegyszerűsíti a hardvert. a vevő kialakítása és továbbfejlesztett jelvisszaállítási képesség.
Néhány kihívás és megfontolás az optikai szálas kommunikációs technológia fejlesztése előtt
A különböző technológiák alkalmazásával a tudományos körök és az ipar alapvetően elérték az optikai szálas kommunikációs rendszer spektrális hatékonyságának határát. Az átviteli kapacitás további növelése csak a rendszer B sávszélességének növelésével (lineárisan növekvő kapacitás) vagy a jel-zaj arány növelésével érhető el. A konkrét megbeszélés a következő.
1. Megoldás az adási teljesítmény növelésére
Mivel a nagy teljesítményű átvitel okozta nemlineáris hatás a szálkeresztmetszet effektív területének megfelelő növelésével csökkenthető, a teljesítmény növelésére megoldást jelent az egymódusú szál helyett néhány módusú szál használata az átvitelhez. Emellett a nemlineáris effektusok jelenlegi legelterjedtebb megoldása a digitális visszaterjesztés (DBP) algoritmus használata, de az algoritmus teljesítményének javítása a számítási bonyolultság növekedéséhez vezet. Az utóbbi időben a gépi tanulási technológia kutatása a nemlineáris kompenzációban jó alkalmazási perspektívát mutatott, ami nagymértékben csökkenti az algoritmus bonyolultságát, így a DBP rendszer tervezését a jövőben a gépi tanulás is segítheti.
2. Növelje az optikai erősítő sávszélességét
A sávszélesség növelése áttörheti az EDFA frekvenciatartományának korlátozását. A C-sáv és az L-sáv mellett az S-sáv is bekerülhet az alkalmazási körbe, erősítésre pedig a SOA vagy Raman erősítő használható. A meglévő optikai szál azonban nagy veszteséggel rendelkezik az S-sávon kívüli frekvenciasávokban, ezért az átviteli veszteség csökkentése érdekében új típusú optikai szálat kell tervezni. De a többi sáv számára a kereskedelmi forgalomban kapható optikai erősítő technológia is kihívást jelent.
3. Kis átviteli veszteségű optikai szál kutatása
Az alacsony átviteli veszteségű szálak kutatása az egyik legkritikusabb kérdés ezen a területen. Az üreges magszál (HCF) kisebb átviteli veszteséggel rendelkezik, ami csökkenti a szálátvitel késleltetését, és nagymértékben kiküszöbölheti a szál nemlineáris problémáját.
4. Térosztásos multiplexeléssel kapcsolatos technológiák kutatása
A térosztásos multiplexelési technológia hatékony megoldás egyetlen szál kapacitásának növelésére. Pontosabban, többmagos optikai szálat használnak az átvitelhez, és egy szál kapacitását megduplázzák. A fő kérdés ebben a tekintetben az, hogy létezik-e nagyobb hatásfokú optikai erősítő. , egyébként csak több egymagos optikai szállal lehet egyenértékű; mód-osztásos multiplexelési technológiát alkalmazva, beleértve a lineáris polarizációs módot, a fázisszingularitáson alapuló OAM-nyalábot és a polarizációs szingularitáson alapuló hengeres vektornyalábot, az ilyen technológia lehet A nyaláb-multiplexelés új szabadságfokot biztosít és javítja az optikai kommunikációs rendszerek kapacitását. Széles körű alkalmazási lehetőségei vannak az optikai szálas kommunikációs technológiában, de a kapcsolódó optikai erősítők kutatása is kihívást jelent. Emellett figyelmet érdemel az is, hogy hogyan lehet egyensúlyba hozni a differenciális üzemmódú csoportkésleltetés és a több bemenetű, több kimenetű digitális kiegyenlítő technológia által okozott rendszerkomplexitást.
Az optikai szálas kommunikációs technológia fejlesztésének kilátásai
Az optikai szálas kommunikációs technológia a kezdeti kis sebességű átvitelről a jelenlegi nagy sebességű átvitelre fejlődött, és az információs társadalmat támogató gerinctechnológiák egyikévé vált, és hatalmas tudományterületet és társadalmi területet alkotott. A jövőben, ahogy a társadalom információátvitel iránti igénye folyamatosan növekszik, az optikai szálas kommunikációs rendszerek és a hálózati technológiák a rendkívül nagy kapacitás, intelligencia és integráció felé fognak fejlődni. Az átviteli teljesítmény javítása mellett továbbra is csökkentik a költségeket, szolgálják az emberek megélhetését, valamint segítik az országot az információépítésben. a társadalom fontos szerepet játszik. A CeiTa számos természeti katasztrófavédelmi szervezettel működött együtt, amelyek előre jelezhetik a regionális biztonsági figyelmeztetéseket, például földrengéseket, árvizeket és szökőárakat. Csak a CeiTa ONU-jához kell csatlakoztatni. Természeti katasztrófa esetén a földrengésállomás korai figyelmeztetést ad ki. Az ONU Alerts alatti terminál szinkronizálva lesz.
(1) Intelligens optikai hálózat
A vezeték nélküli kommunikációs rendszerhez képest az intelligens optikai hálózat optikai kommunikációs rendszere és hálózata még a kezdeti szakaszban van a hálózati konfiguráció, a hálózat karbantartása és a hibadiagnosztika tekintetében, és az intelligencia foka nem megfelelő. Egyetlen szál hatalmas kapacitása miatt bármilyen szál meghibásodása nagy hatással lesz a gazdaságra és a társadalomra. Ezért a hálózati paraméterek monitorozása nagyon fontos a jövőbeli intelligens hálózatok fejlesztése szempontjából. A jövőben ebből a szempontból figyelmet érdemlő kutatási irányok a következők: egyszerűsített koherens technológián és gépi tanuláson alapuló rendszerparaméter-figyelő rendszer, koherens jelelemzésen és fázisérzékeny optikai időtartomány-reflexión alapuló fizikai mennyiség-monitoring technológia.
(2) Integrált technológia és rendszer
Az eszközintegráció alapvető célja a költségek csökkentése. Az optikai szálas kommunikációs technológiában a jelek rövid távú, nagy sebességű továbbítása folyamatos jelregenerálással valósítható meg. A fázis- és polarizációs állapot helyreállításának problémái miatt azonban a koherens rendszerek integrálása még mindig viszonylag nehéz. Ezen túlmenően, ha sikerül megvalósítani egy nagyméretű integrált optikai-elektromos-optikai rendszert, akkor a rendszer kapacitása is jelentősen javul. Azonban olyan tényezők miatt, mint például az alacsony műszaki hatékonyság, a nagy bonyolultság és az integráció nehézségei, lehetetlen a teljesen optikai jeleket, például a teljesen optikai 2R (újraerősítés, újraalakítás), 3R (újraerősítés) széles körben népszerűsíteni. , újraidőzítés és újraalakítás) az optikai kommunikáció területén. feldolgozási technológia. Ezért az integrációs technológia és rendszerek tekintetében a jövőbeni kutatási irányok a következők: Bár a térosztásos multiplexelési rendszerekkel kapcsolatos jelenlegi kutatások viszonylag gazdagok, a térosztásos multiplexelési rendszerek kulcselemei még nem értek el technológiai áttörést az akadémiában és az iparban, és további megerősítésre van szükség. Kutatás, például integrált lézerek és modulátorok, kétdimenziós integrált vevőkészülékek, nagy energiahatékonyságú integrált optikai erősítők stb.; az új típusú optikai szálak jelentősen bővíthetik a rendszer sávszélességét, de még további kutatásokra van szükség annak biztosítására, hogy átfogó teljesítményük és gyártási folyamataik elérjék a meglévő egységes A módú szálak szintjét; tanulmányozza a különböző eszközöket, amelyek használhatók az új szállal a kommunikációs kapcsolaton.
(3) Optikai kommunikációs eszközök
Az optikai kommunikációs eszközökben a szilícium fotonikus eszközök kutatása és fejlesztése kezdeti eredményeket ért el. Jelenleg azonban a hazai vonatkozású kutatások elsősorban passzív eszközökön alapulnak, az aktív eszközökkel kapcsolatos kutatások pedig viszonylag gyengék. Az optikai kommunikációs eszközök tekintetében a jövő kutatási irányai a következők: aktív eszközök és szilícium optikai eszközök integrációs kutatása; a nem szilícium optikai eszközök integrációs technológiájával kapcsolatos kutatás, például a III-V anyagok és hordozók integrációs technológiájával kapcsolatos kutatás; új eszközök kutatásának és fejlesztésének továbbfejlesztése. Nyomon követés, mint például az integrált lítium-niobát optikai hullámvezető a nagy sebesség és az alacsony energiafogyasztás előnyeivel.
Feladás időpontja: 2023-03-03
