Alles hiljuti ilmus aeglaselt Zhuhai ja Macao vahelise Hengqini ühise arendamise vastuste leht aasta keskel.Tähelepanu äratas üks piiriülene optiline kiud.See läbis Zhuhai ja Aomeni, et realiseerida arvutivõimsuse vastastikune ühendamine ja ressursside jagamine Aomenist Hengqini ning luua teabekanal.Shanghai edendab ka kiudoptilise sidevõrgu "optilisest vasest tagaküljeks" uuendamise ja muutmise projekti, et tagada elanikele kvaliteetne majandusareng ja paremad sideteenused.
Interneti-tehnoloogia kiire arenguga kasvab kasutajate nõudlus Interneti-liikluse järele iga päevaga, kiudoptilise side suutlikkuse parandamine on muutunud kiireloomuliseks lahendamiseks vajalikuks probleemiks.
Kiudoptilise sidetehnoloogia ilmumisest alates on see toonud kaasa suuri muutusi teaduse ja tehnoloogia valdkondades ning ühiskonnas.Lasertehnoloogia olulise rakendusena on kiudoptilise sidetehnoloogiaga esindatud laserinfotehnoloogia rajanud kaasaegse sidevõrgu raamistiku ja muutunud oluliseks osaks teabeedastusest.Kiudoptiline sidetehnoloogia on praeguse Interneti-maailma oluline kandejõud ja ühtlasi üks infoajastu põhitehnoloogiaid.
Erinevate esilekerkivate tehnoloogiate, nagu asjade internet, suurandmed, virtuaalreaalsus, tehisintellekt (AI), viienda põlvkonna mobiilside (5G) ja muud tehnoloogiad, pideva esilekerkimisega seatakse teabevahetusele ja edastamisele kõrgemad nõudmised.Cisco 2019. aastal avaldatud uurimisandmete kohaselt kasvab ülemaailmne aastane IP-liiklus 1,5 ZB-lt (1ZB=1021B) 2017. aastal 4,8 ZB-ni 2022. aastal, kusjuures aastane liitkasv on 26%.Seistes silmitsi suure liiklusega kasvutrendiga, on kiudoptiline side, mis on sidevõrgu kõige selgroog, tohutu surve all uuendada.Kiudoptilise sidetehnoloogia peamiseks arengusuunaks saavad kiired ja suure võimsusega kiudoptilised sidesüsteemid ja võrgud.
Kiudoptilise sidetehnoloogia arengulugu ja uurimisseisund
Esimene rubiinlaser töötati välja 1960. aastal pärast seda, kui Arthur Showlow ja Charles Townes 1958. aastal avastasid laserite töö. Seejärel töötati 1970. aastal edukalt välja esimene AlGaAs pooljuhtlaser, mis on võimeline pidevalt toatemperatuuril töötama, ja 1977. aastal pooljuhtlaser realiseeriti nii, et see töötas praktilises keskkonnas pidevalt kümneid tuhandeid tunde.
Seni on laseritel eeldused kaubanduslikuks kiudoptiliseks sideks.Laseri leiutamise algusest peale mõistsid leiutajad selle olulist potentsiaalset rakendust kommunikatsiooni valdkonnas.Laserkommunikatsioonitehnoloogial on aga kaks ilmset puudujääki: üks on see, et laserkiire lahknemise tõttu läheb kaotsi suur hulk energiat;teine on see, et seda mõjutab suuresti rakenduskeskkond, näiteks ilmastikutingimustes võivad rakendused ilmastikutingimustes oluliselt muutuda.Seetõttu on laserside jaoks sobiv optiline lainejuht väga oluline.
Nobeli füüsikaauhinna laureaadi dr Kao Kungi pakutud sideks kasutatav optiline kiud vastab lasersidetehnoloogia vajadustele lainejuhtide jaoks.Ta tegi ettepaneku, et klaasoptilise kiu Rayleighi hajumise kadu võib olla väga väike (alla 20 dB/km) ja optilise kiu võimsuskadu tuleneb peamiselt valguse neeldumisest klaasmaterjalide lisandite poolt, seega on materjali puhastamine võtmetähtsusega. kiudoptiliste kadude vähendamiseks võti ja juhtis ühtlasi tähelepanu sellele, et ühemoodiline edastamine on hea side toimivuse säilitamiseks oluline.
1970. aastal töötas Corning Glass Company välja kvartsil põhineva mitmemoodilise optilise kiu, mille kadu on umbes 20 dB/km vastavalt dr Kao puhastussoovitustele, muutes optilise kiu side edastuskandjate jaoks reaalsuseks.Pärast pidevat uurimis- ja arendustegevust lähenes kvartsil põhinevate optiliste kiudude kadu teoreetilisele piirile.Seni on kiudoptilise side tingimused täielikult täidetud.
Kõik varased kiudoptilised sidesüsteemid võtsid kasutusele otsese tuvastamise meetodi.See on suhteliselt lihtne kiudoptilise side meetod.PD on ruudukujuline detektor ja tuvastada saab ainult optilise signaali intensiivsust.See otsetuvastusvastuvõtumeetod on jätkunud alates esimese põlvkonna kiudoptiliste sidetehnoloogiate loomisest 1970ndatel kuni 1990ndate alguseni.
Spektri kasutuse suurendamiseks ribalaiuse piires peame alustama kahest aspektist: üks on kasutada tehnoloogiat Shannoni piirile lähenemiseks, kuid spektritõhususe kasv on suurendanud nõudeid telekommunikatsiooni ja müra suhtele, vähendades sellega edastuskaugus;teine on faasi täielik ärakasutamine, edastamiseks kasutatakse polarisatsiooni oleku teabe kandevõimet, mis on teise põlvkonna koherentne optiline sidesüsteem.
Teise põlvkonna koherentne optiline sidesüsteem kasutab intradüüni tuvastamiseks optilist mikserit ja võtab vastu polarisatsiooni mitmekesisuse vastuvõttu, st vastuvõtvas otsas jagatakse signaaltuli ja kohalik ostsillaatori valgus kaheks valgusvihuks, mille polarisatsiooni olekud on ortogonaalsed. üksteisele.Sel viisil on võimalik saavutada polarisatsioonile mittetundlik vastuvõtt.Lisaks tuleb märkida, et praegu saab sageduse jälgimist, kandefaasi taastamist, võrdsustamist, sünkroniseerimist, polarisatsiooni jälgimist ja demultipleksimist vastuvõtuotsas lõpule viia digitaalse signaalitöötluse (DSP) tehnoloogia abil, mis lihtsustab oluliselt riistvara. vastuvõtja disain ja täiustatud signaali taastamise võimalus.
Mõned väljakutsed ja kaalutlused, mis seisavad silmitsi optiliste kiudude kommunikatsioonitehnoloogia arendamisega
Erinevate tehnoloogiate rakendamisega on akadeemilised ringkonnad ja tööstus jõudnud põhimõtteliselt kiudoptilise sidesüsteemi spektraalse efektiivsuse piirini.Edastusvõimsuse suurendamise jätkamiseks saab seda saavutada ainult süsteemi ribalaiuse B suurendamise (lineaarselt suurendava võimsuse) või signaali-müra suhte suurendamisega.Konkreetne arutelu on järgmine.
1. Lahendus saatevõimsuse suurendamiseks
Kuna suure võimsusega ülekandest põhjustatud mittelineaarset efekti saab vähendada kiu ristlõike efektiivset pindala korralikult suurendades, on võimsuse suurendamiseks lahendus kasutada edastuseks ühemoodilise kiu asemel mõnemoodilist kiudu.Lisaks on praegu kõige levinum mittelineaarsete efektide lahendus digitaalse tagasilevitamise (DBP) algoritmi kasutamine, kuid algoritmi jõudluse parandamine toob kaasa arvutusliku keerukuse suurenemise.Hiljuti on masinõppetehnoloogia uurimine mittelineaarse kompensatsiooni osas näidanud head rakendusväljavaadet, mis vähendab oluliselt algoritmi keerukust, nii et DBP-süsteemi kujundamist saab tulevikus aidata masinõpe.
2. Suurendage optilise võimendi ribalaiust
Ribalaiuse suurendamine võib läbi murda EDFA sagedusvahemiku piirangust.Lisaks C-ribale ja L-ribale saab rakendusvahemikku kaasata ka S-riba ning võimendamiseks kasutada SOA või Ramani võimendit.Olemasoleval optilisel kiul on aga suur kadu muudes sagedusribades peale S-riba ja edastuskadude vähendamiseks on vaja kavandada uut tüüpi optiline kiud.Kuid ülejäänud ribade jaoks on väljakutseks ka kaubanduslikult saadav optilise võimenduse tehnoloogia.
3. Madala ülekandekaoga optilise kiu uurimine
Madala ülekandekaoga kiudude uurimine on selles valdkonnas üks kriitilisemaid küsimusi.Õõnestuumakiul (HCF) on väiksem edastuskadu võimalus, mis vähendab kiudude edastamise viivitust ja võib suurel määral kõrvaldada kiu mittelineaarse probleemi.
4. Ruumijaotusega multipleksimisega seotud tehnoloogiate uurimine
Ruumijaotusega multipleksimistehnoloogia on tõhus lahendus ühe kiu võimsuse suurendamiseks.Täpsemalt kasutatakse edastamiseks mitmetuumalist optilist kiudu ja ühe kiu võimsust kahekordistatakse.Sellega seoses on põhiküsimuseks see, kas on olemas suurema efektiivsusega optiline võimendi., vastasel juhul võib see olla samaväärne ainult mitme ühetuumalise optilise kiuga;kasutades režiimijaotusega multipleksimistehnoloogiat, sealhulgas lineaarset polarisatsioonirežiimi, faasisingulaarsusel põhinevat OAM-kiirt ja polarisatsiooni singulaarsusel põhinevat silindrilist vektorkiirt, saab sellist tehnoloogiat olla. Kiimultipleksimine annab uue vabadusastme ja parandab optiliste sidesüsteemide võimsust.Sellel on laialdased kasutusvõimalused kiudoptiliste sidetehnoloogias, kuid väljakutseks on ka seotud optiliste võimendite uurimine.Lisaks väärib tähelepanu ka see, kuidas tasakaalustada süsteemi keerukust, mis on põhjustatud diferentsiaalrežiimi rühma viivitusest ja mitme sisendiga mitme väljundiga digitaalsest võrdsustamistehnoloogiast.
Kiudoptilise sidetehnoloogia arendamise väljavaated
Kiudoptiline sidetehnoloogia on arenenud esialgsest madala kiirusega edastusest praeguseks kiireks edastuseks ja sellest on saanud üks infoühiskonda toetavaid tugitehnoloogiaid ning see on moodustanud tohutu distsipliini ja sotsiaalse valdkonna.Tulevikus, kui ühiskonna nõudlus teabeedastuse järele kasvab, arenevad kiudoptilised sidesüsteemid ja võrgutehnoloogiad ülisuure võimsuse, intelligentsuse ja integratsiooni suunas.Edastamise jõudlust parandades jätkavad nad kulude vähendamist, teenivad inimeste elatist ning aitavad riigil teavet hankida.ühiskond mängib olulist rolli.CeiTa on teinud koostööd mitme looduskatastroofi organisatsiooniga, kes suudavad ennustada piirkondlikke ohutushoiatusi, nagu maavärinad, üleujutused ja tsunamid.See tuleb ühendada ainult CeiTa ONU-ga.Loodusõnnetuse korral annab maavärinajaam varajase hoiatuse.ONU Alerts all olev terminal sünkroonitakse.
(1) Arukas optiline võrk
Võrreldes traadita sidesüsteemiga on intelligentse optilise võrgu optiline sidesüsteem ja võrk võrgu konfigureerimise, võrgu hoolduse ja rikete diagnoosimise osas endiselt algstaadiumis ning intelligentsuse aste on ebapiisav.Ühe kiu tohutu võimsuse tõttu avaldab kiu rikete ilmnemine majandusele ja ühiskonnale suurt mõju.Seetõttu on võrguparameetrite jälgimine tulevaste intelligentsete võrkude arendamiseks väga oluline.Uurimissuunad, millele tuleb selles aspektis edaspidi tähelepanu pöörata, on: lihtsustatud koherentsel tehnoloogial ja masinõppel põhinev süsteemiparameetrite monitooringu süsteem, koherentsel signaalianalüüsil põhinev füüsikalise suuruse jälgimise tehnoloogia ja faasitundlik optiline aeg-domeeni peegeldus.
(2) Integreeritud tehnoloogia ja süsteem
Seadmete integreerimise põhieesmärk on kulude vähendamine.Kiudoptilise sidetehnoloogia puhul saab signaalide lühimaa kiiret edastamist realiseerida pideva signaali regenereerimise teel.Faasi ja polarisatsiooni oleku taastamise probleemide tõttu on koherentsete süsteemide integreerimine siiski suhteliselt keeruline.Lisaks, kui suudetakse realiseerida suuremahuline integreeritud optiline-elektriline-optiline süsteem, paraneb oluliselt ka süsteemi võimsus.Kuid selliste tegurite tõttu nagu madal tehniline tõhusus, suur keerukus ja integreerimisraskused on võimatu laialdaselt propageerida täisoptilisi signaale, nagu täisoptiline 2R (taasvõimendamine, ümberkujundamine), 3R (taasvõimendus). , ümberajastamine ja ümberkujundamine) optilise side valdkonnas.töötlemise tehnoloogia.Seetõttu on integratsioonitehnoloogia ja süsteemide tuleviku uurimissuunad järgmised: Kuigi olemasolevad uuringud kosmosejaotusega multipleksimissüsteemide kohta on suhteliselt rikkalikud, ei ole kosmosejaotusega multipleksimissüsteemide põhikomponendid veel saavutanud tehnoloogilisi läbimurdeid akadeemilistes ringkondades ja tööstuses, ja on vaja täiendavat tugevdamist.Teadusuuringud, nagu integreeritud laserid ja modulaatorid, kahemõõtmelised integreeritud vastuvõtjad, suure energiatõhususega integreeritud optilised võimendid jne;uut tüüpi optilised kiud võivad märkimisväärselt laiendada süsteemi ribalaiust, kuid veel on vaja täiendavaid uuringuid tagamaks, et nende terviklik jõudlus ja tootmisprotsessid jõuaksid olemasoleva ühtse režiimi kiudude tasemeni;uurige erinevaid seadmeid, mida saab sidelingi uue kiuga kasutada.
(3) Optilised sideseadmed
Optilistes sideseadmetes on ränifotooniliste seadmete uurimis- ja arendustöö andnud esialgseid tulemusi.Kuid praegu põhinevad kodumaised seotud uuringud peamiselt passiivsetel seadmetel ja aktiivsete seadmete uuringud on suhteliselt nõrgad.Optiliste sideseadmete osas on tuleviku uurimissuunad: aktiivseadmete ja räni optiliste seadmete integratsiooniuuringud;mitteräni optiliste seadmete integreerimistehnoloogia uuringud, näiteks III-V materjalide ja substraatide integreerimistehnoloogia uuringud;uute seadmete uurimis- ja arendustegevuse edasiarendamine.Järelmeetmed, näiteks integreeritud liitiumniobaadi optiline lainejuht, millel on suure kiiruse ja väikese energiatarbimise eelised.
Postitusaeg: august 03-2023
