Жақында Чжухай мен Макао арасындағы Хенцинді бірлесіп дамытуға арналған жылдың ортасындағы жауап парағы баяу ашылды. Трансшекаралық оптикалық талшықтардың бірі назар аударды. Ол Чжухай мен Макаодан өтіп, Макаодан Хенцинге дейін есептеу қуатының өзара байланысын және ресурстарды бөлісуді жүзеге асырып, ақпарат арнасын құрады. Шанхай сонымен қатар жоғары сапалы экономикалық даму мен тұрғындарға жақсырақ байланыс қызметтерін қамтамасыз ету үшін «оптикалық мысға» толық талшықты байланыс желісін жаңарту және өзгерту жобасын алға жылжытуда.
Интернет-технологияның қарқынды дамуымен пайдаланушылардың интернет-трафикке деген сұранысы күннен-күнге артып келеді, талшықты оптикалық байланыстың өткізу қабілетін жақсарту шешімін күткен өзекті мәселеге айналды.
Оптикалық талшықты байланыс технологиясы пайда болғаннан бері ол ғылым мен техника және қоғам салаларында үлкен өзгерістерге әкелді. Лазерлік технологияның маңызды қолданбасы ретінде оптикалық талшықты байланыс технологиясымен ұсынылған лазерлік ақпараттық технология қазіргі заманғы байланыс желісінің негізін құрды және ақпаратты берудің маңызды бөлігіне айналды. Оптикалық талшықты байланыс технологиясы қазіргі Интернет әлемінің маңызды тасымалдаушы күші болып табылады, сонымен қатар ол ақпараттық дәуірдің негізгі технологияларының бірі болып табылады.
Заттар интернеті, үлкен деректер, виртуалды шындық, жасанды интеллект (AI), бесінші буынның ұялы байланысы (5G) және басқа технологиялар сияқты әртүрлі дамып келе жатқан технологиялардың үздіксіз пайда болуымен ақпарат алмасу мен тасымалдауға жоғары талаптар қойылады. 2019 жылы Cisco шығарған зерттеу деректеріне сәйкес, жаһандық жылдық IP трафигі 2017 жылғы 1,5ZB (1ZB=1021B)-дан 2022 жылы 4,8ZB-ге дейін артады, жылдық күрделі өсу қарқыны 26% құрайды. Жоғары трафиктің өсу тенденциясымен бетпе-бет келген оптикалық талшықты байланыс, байланыс желісінің ең негізгі бөлігі ретінде, жаңарту үшін үлкен қысымға ұшырайды. Жоғары жылдамдықты, үлкен сыйымдылықты оптикалық талшықты байланыс жүйелері мен желілері оптикалық талшықты байланыс технологиясының негізгі даму бағыты болады.
Оптикалық талшықты байланыс технологиясының даму тарихы және зерттеу жағдайы
Бірінші рубин лазері 1958 жылы Артур Шоулоу мен Чарльз Таунстың лазерлердің қалай жұмыс істейтінін ашқаннан кейін 1960 жылы жасалды. Содан кейін, 1970 жылы бөлме температурасында үздіксіз жұмыс істей алатын бірінші AlGaAs жартылай өткізгіш лазері сәтті жасалды және 1977 жылы, жартылай өткізгішті лазер практикалық ортада ондаған мың сағат үздіксіз жұмыс істеу үшін жүзеге асырылды.
Осы уақытқа дейін лазерлерде коммерциялық оптикалық талшықты байланыс үшін алғышарттар бар. Лазерді ойлап табудың басынан бастап өнертапқыштар оның байланыс саласындағы маңызды әлеуетті қолданылуын мойындады. Дегенмен, лазерлік байланыс технологиясының екі анық кемшілігі бар: бірі - лазер сәулесінің дивергенциясына байланысты энергияның көп мөлшері жоғалады; екіншісі - бұл қолданбалы орта қатты әсер етеді, мысалы, атмосфералық ортада қолдану ауа-райының өзгеруіне айтарлықтай әсер етеді. Сондықтан лазерлік байланыс үшін қолайлы оптикалық толқын өткізгіш өте маңызды.
Физика бойынша Нобель сыйлығының иегері доктор Као Кунг ұсынған байланыс үшін пайдаланылатын оптикалық талшық лазерлік байланыс технологиясының толқын өткізгіштерге деген қажеттіліктерін қанағаттандырады. Ол шыны оптикалық талшықтың Рэйлейдің шашырауын жоғалтуы өте төмен болуы мүмкін (20 дБ/км-ден аз) және оптикалық талшықтағы қуат жоғалуы негізінен шыны материалдарындағы қоспалармен жарықты сіңіруден туындайды, сондықтан материалды тазарту негізгі болып табылады деп ұсынды. оптикалық талшықты жоғалтуды азайту кілті, сонымен қатар жақсы байланыс өнімділігін сақтау үшін бір режимді беру маңызды екенін атап өтті.
1970 жылы Corning Glass компаниясы доктор Каоның тазарту ұсынысына сәйкес шығыны шамамен 20дБ/км болатын кварц негізіндегі мультимодалы оптикалық талшықты жасап шығарды, бұл оптикалық талшықты байланыс тасымалдау ортасы үшін шындыққа айналдырды. Үздіксіз зерттеулер мен әзірлемелерден кейін кварц негізіндегі оптикалық талшықтардың жоғалуы теориялық шекке жақындады. Осы уақытқа дейін талшықты оптикалық байланыс шарттары толығымен қанағаттандырылды.
Оптикалық талшықты байланыс жүйелерінің барлығы тікелей анықтаудың қабылдау әдісін қабылдады. Бұл салыстырмалы қарапайым оптикалық талшықты байланыс әдісі. PD квадрат заңының детекторы болып табылады және тек оптикалық сигналдың қарқындылығын анықтауға болады. Бұл тікелей анықтауды қабылдау әдісі 1970 жылдардағы оптикалық талшықты байланыс технологиясының бірінші буынынан 1990 жылдардың басына дейін жалғасты.
Өткізу қабілеттілігі шегінде спектрді пайдалануды арттыру үшін біз екі аспектіден бастауымыз керек: бірі Шеннон шегіне жақындау үшін технологияны пайдалану, бірақ спектр тиімділігінің артуы телекоммуникация-шу қатынасына қойылатын талаптарды арттырды, осылайша беру қашықтығы; екіншісі фазаны толық пайдалану болып табылады, Поляризация күйінің ақпаратты өткізу қабілеті екінші буын когерентті оптикалық байланыс жүйесі болып табылатын тасымалдау үшін пайдаланылады.
Екінші буындағы когерентті оптикалық байланыс жүйесі интрадинді анықтау үшін оптикалық араластырғышты пайдаланады және поляризацияның әртүрлілігін қабылдауды қабылдайды, яғни қабылдау соңында сигнал жарығы мен жергілікті осциллятор жарығы поляризация күйлері ортогональды болып табылатын екі жарық сәулесіне ыдырайды. бір-біріне. Осылайша поляризацияға сезімтал емес қабылдауға қол жеткізуге болады. Сонымен қатар, қазіргі уақытта жиілікті қадағалау, тасымалдаушы фазасын қалпына келтіру, теңестіру, синхрондау, поляризацияны бақылау және қабылдау ұшындағы демультиплекстеу барлығын сандық сигналды өңдеу (DSP) технологиясы арқылы аяқтауға болатынын атап өткен жөн, бұл аппараттық құралдарды айтарлықтай жеңілдетеді. қабылдағыштың дизайны және жақсартылған сигналды қалпына келтіру мүмкіндігі.
Оптикалық талшықты байланыс технологиясының дамуындағы кейбір қиындықтар мен ойлар
Әртүрлі технологияларды қолдану арқылы академиялық орталар мен өнеркәсіп негізінен оптикалық талшықты байланыс жүйесінің спектрлік тиімділігінің шегіне жетті. Тасымалдау сыйымдылығын арттыруды жалғастыру үшін оған тек жүйенің өткізу қабілеттілігін B ұлғайту (сызықты ұлғайту сыйымдылығы) немесе сигнал-шу қатынасын арттыру арқылы қол жеткізуге болады. Арнайы талқылау келесідей.
1. Тасымалдау қуатын арттыру шешімі
Жоғары қуатты беруден туындаған сызықтық емес әсерді талшық қимасының тиімді ауданын дұрыс ұлғайту арқылы азайтуға болатындықтан, бұл тарату үшін бір модты талшықтың орнына бірнеше режимді талшықты пайдалану үшін қуатты арттыру шешімі болып табылады. Сонымен қатар, сызықты емес әсерлердің қазіргі кездегі ең кең тараған шешімі цифрлық кері таралу (DBP) алгоритмін пайдалану болып табылады, бірақ алгоритм өнімділігін жақсарту есептеу күрделілігінің артуына әкеледі. Жақында сызықты емес компенсацияда машиналық оқыту технологиясын зерттеу алгоритмнің күрделілігін айтарлықтай төмендететін қолданудың жақсы перспективасын көрсетті, сондықтан DBP жүйесін жобалауға болашақта машиналық оқыту көмектесуі мүмкін.
2. Оптикалық күшейткіштің өткізу қабілетін ұлғайту
Өткізу жолағын ұлғайту EDFA жиілік диапазонының шектеуін бұзуы мүмкін. C-диапазондары мен L-диапазондарынан басқа, S-диапазонын да қолданбалы диапазонға қосуға болады, ал күшейту үшін SOA немесе Raman күшейткішін пайдалануға болады. Дегенмен, қолданыстағы оптикалық талшықта S-диапазонынан басқа жиілік диапазонында үлкен жоғалту бар және беру жоғалуын азайту үшін оптикалық талшықтың жаңа түрін жобалау қажет. Бірақ қалған жолақтар үшін коммерциялық қол жетімді оптикалық күшейту технологиясы да қиындық тудырады.
3. Өткізу шығыны төмен оптикалық талшықты зерттеу
Төмен беріліс жоғалту талшықтарын зерттеу осы саладағы ең маңызды мәселелердің бірі болып табылады. Шұңқырлы талшықтың (HCF) төменірек беріліс жоғалту мүмкіндігі бар, бұл талшықтың берілу уақытының кешігуін азайтады және талшықтың сызықты емес мәселесін айтарлықтай дәрежеде жоя алады.
4. Ғарыштық мультиплексирлеумен байланысты технологияларды зерттеу
Кеңістікті бөлу мультиплекстеу технологиясы бір талшықты өткізу қабілетін арттырудың тиімді шешімі болып табылады. Нақтырақ айтсақ, тасымалдау үшін көп ядролы оптикалық талшық пайдаланылады, ал бір талшықты өткізу қабілеті екі есе артады. Осыған байланысты негізгі мәселе - тиімділігі жоғары оптикалық күшейткіштің бар-жоғы. , әйтпесе ол тек бірнеше бір ядролы оптикалық талшықтарға баламалы болуы мүмкін; Сызықтық поляризация режимін, фазалық сингулярлыққа негізделген OAM сәулесін және поляризация сингулярлығына негізделген цилиндрлік векторлық сәулені қоса, режимді бөлу мультиплекстеу технологиясын қолдана отырып, мұндай технология Beam мультиплексирлеуі жаңа еркіндік дәрежесін қамтамасыз етеді және оптикалық байланыс жүйелерінің сыйымдылығын жақсартады. Оның оптикалық талшықты байланыс технологиясында кең қолдану перспективалары бар, бірақ байланысты оптикалық күшейткіштерді зерттеу де қиын. Сонымен қатар, дифференциалдық режим тобының кешігуі мен көп кірісті көп шығыс цифрлық теңестіру технологиясымен туындаған жүйе күрделілігін қалай теңестіруге болатыны да назар аударуға тұрарлық.
Оптикалық талшықты байланыс технологиясының даму перспективалары
Оптикалық талшықты байланыс технологиясы бастапқы төмен жылдамдықты таратудан қазіргі жоғары жылдамдықты таратуға дейін дамып, ақпараттық қоғамды қолдайтын магистральдық технологиялардың біріне айналды және үлкен тәртіп пен әлеуметтік өрісті қалыптастырды. Болашақта қоғамның ақпаратты тасымалдауға сұранысы артып келе жатқандықтан, оптикалық талшықты байланыс жүйелері мен желілік технологиялар ультра үлкен сыйымдылыққа, интеллектке және интеграцияға қарай дамитын болады. Тасымалдау өнімділігін жақсарта отырып, олар шығындарды азайтып, халықтың өмір сүруіне қызмет етеді және елге ақпарат құруға көмектеседі. қоғам маңызды рөл атқарады. CeiTa жер сілкінісі, су тасқыны және цунами сияқты аймақтық қауіпсіздік ескертулерін болжай алатын бірқатар табиғи апат ұйымдарымен ынтымақтасады. Ол тек CeiTa ONU-ге қосылуы керек. Табиғи апат болған кезде жер сілкінісі станциясы алдын ала ескерту жасайды. ONU ескертулерінің астындағы терминал синхрондалады.
(1) Зияткерлік оптикалық желі
Сымсыз байланыс жүйесімен салыстырғанда, интеллектуалды оптикалық желінің оптикалық байланыс жүйесі мен желісі желі конфигурациясы, желіге техникалық қызмет көрсету және ақауларды диагностикалау бойынша әлі де бастапқы кезеңде және интеллект дәрежесі жеткіліксіз. Бір талшықтың үлкен сыйымдылығына байланысты кез келген талшықтың бұзылуы экономика мен қоғамға үлкен әсер етеді. Сондықтан желі параметрлерін бақылау болашақ интеллектуалды желілерді дамыту үшін өте маңызды. Болашақта осы аспектіде назар аударуды қажет ететін зерттеу бағыттары мыналарды қамтиды: оңайлатылған когерентті технологияға және машиналық оқытуға негізделген жүйе параметрлерін бақылау жүйесі, когерентті сигналды талдауға негізделген физикалық шаманы бақылау технологиясы және фазаға сезімтал оптикалық уақыт доменінің шағылысуы.
(2) Біріктірілген технология және жүйе
Құрылғыны біріктірудің негізгі мақсаты - шығындарды азайту. Оптикалық талшықты байланыс технологиясында сигналдардың қысқа қашықтыққа жоғары жылдамдықпен берілуін үздіксіз сигналды регенерациялау арқылы жүзеге асыруға болады. Дегенмен, фазалық және поляризациялық күйді қалпына келтіру мәселелеріне байланысты когерентті жүйелерді біріктіру әлі де салыстырмалы түрде қиын. Сонымен қатар, ауқымды біріктірілген оптикалық-электрлік-оптикалық жүйені жүзеге асыру мүмкін болса, жүйенің сыйымдылығы да айтарлықтай жақсарады. Дегенмен, төмен техникалық тиімділік, жоғары күрделілік және интеграцияның қиындығы сияқты факторларға байланысты толық оптикалық 2R (қайта күшейту, қайта пішіндеу), 3R (қайта күшейту) сияқты толық оптикалық сигналдарды кеңінен насихаттау мүмкін емес. , қайта таймдау және қайта пішіндеу) оптикалық байланыс саласында. өңдеу технологиясы. Сондықтан интеграциялық технологиялар мен жүйелер тұрғысынан болашақ зерттеу бағыттары мыналар болып табылады: Ғарыштық бөлуді мультиплекстеу жүйелері бойынша қазіргі зерттеулер салыстырмалы түрде бай болғанымен, ғарыштық бөлуді мультиплекстеу жүйелерінің негізгі құрамдас бөліктері әлі күнге дейін академиялық және өнеркәсіпте технологиялық серпілістерге қол жеткізген жоқ. және одан әрі күшейту қажет. Біріктірілген лазерлер мен модуляторлар, екі өлшемді интегралды қабылдағыштар, жоғары энергия тиімділігі бар біріктірілген оптикалық күшейткіштер және т.б. сияқты зерттеулер; оптикалық талшықтардың жаңа түрлері жүйенің өткізу қабілетін айтарлықтай кеңейтуі мүмкін, бірақ олардың кешенді өнімділігі мен өндірістік процестері қолданыстағы жалғыз режимдік талшық деңгейіне жетуі үшін әлі де қосымша зерттеулер қажет; байланыс байланысындағы жаңа талшықпен қолдануға болатын әртүрлі құрылғыларды зерттеу.
(3) Оптикалық байланыс құрылғылары
Оптикалық байланыс құрылғыларында кремнийлі фотоникалық құрылғыларды зерттеу және дамыту бастапқы нәтижелерге қол жеткізді. Дегенмен, қазіргі уақытта отандық байланысты зерттеулер негізінен пассивті құрылғыларға негізделген, ал белсенді құрылғылардағы зерттеулер салыстырмалы түрде әлсіз. Оптикалық байланыс құрылғылары тұрғысынан болашақ зерттеу бағыттары мыналарды қамтиды: белсенді құрылғылар мен кремнийлі оптикалық құрылғыларды интеграциялық зерттеу; кремний емес оптикалық құрылғылардың интеграциялық технологиясы бойынша зерттеулер, мысалы, III-V материалдар мен негіздердің интеграциялық технологиясы бойынша зерттеулер; жаңа құрылғыларды зерттеу мен әзірлеуді одан әрі дамыту. Жоғары жылдамдық пен төмен қуат тұтынудың артықшылықтары бар біріктірілген литий ниобаты оптикалық толқын өткізгіші сияқты қадағалау.
Жіберу уақыты: 03 тамыз 2023 ж
