Tidak lama dahulu, kertas jawapan pertengahan tahun untuk pembangunan bersama Hengqin antara Zhuhai dan Macau perlahan-lahan dibuka. Salah satu gentian optik rentas sempadan menarik perhatian. Ia melalui Zhuhai dan Macao untuk merealisasikan perhubungan kuasa pengkomputeran dan perkongsian sumber dari Macao ke Hengqin, dan membina saluran maklumat. Shanghai juga mempromosikan projek menaik taraf dan transformasi rangkaian komunikasi semua gentian "optik ke belakang tembaga" untuk memastikan pembangunan ekonomi berkualiti tinggi dan perkhidmatan komunikasi yang lebih baik untuk penduduk.
Dengan perkembangan pesat teknologi Internet, permintaan pengguna terhadap trafik Internet semakin meningkat dari hari ke hari, bagaimana untuk meningkatkan kapasiti komunikasi gentian optik telah menjadi masalah yang mendesak untuk diselesaikan.
Sejak kemunculan teknologi komunikasi gentian optik, ia telah membawa perubahan besar dalam bidang sains dan teknologi serta masyarakat. Sebagai aplikasi penting teknologi laser, teknologi maklumat laser yang diwakili oleh teknologi komunikasi gentian optik telah membina rangka kerja rangkaian komunikasi moden dan menjadi bahagian penting dalam penghantaran maklumat. Teknologi komunikasi gentian optik adalah daya pembawa penting dunia Internet semasa, dan ia juga merupakan salah satu teknologi teras era maklumat.
Dengan kemunculan berterusan pelbagai teknologi baru muncul seperti Internet Perkara, data besar, realiti maya, kecerdasan buatan (AI), komunikasi mudah alih generasi kelima (5G) dan teknologi lain, permintaan yang lebih tinggi diletakkan pada pertukaran dan penghantaran maklumat. Menurut data penyelidikan yang dikeluarkan oleh Cisco pada 2019, trafik IP tahunan global akan meningkat daripada 1.5ZB (1ZB=1021B) pada 2017 kepada 4.8ZB pada 2022, dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 26%. Berhadapan dengan trend pertumbuhan trafik yang tinggi, komunikasi gentian optik, sebagai bahagian paling tulang belakang rangkaian komunikasi, berada di bawah tekanan yang besar untuk menaik taraf. Sistem dan rangkaian komunikasi gentian optik berkelajuan tinggi dan berkapasiti besar akan menjadi hala tuju pembangunan arus perdana teknologi komunikasi gentian optik.
Sejarah Perkembangan dan Status Penyelidikan Teknologi Komunikasi Gentian Optik
Laser ruby pertama telah dibangunkan pada tahun 1960, berikutan penemuan cara laser berfungsi oleh Arthur Showlow dan Charles Townes pada tahun 1958. Kemudian, pada tahun 1970, laser semikonduktor AlGaAs pertama yang mampu beroperasi secara berterusan pada suhu bilik telah berjaya dibangunkan, dan pada tahun 1977, laser semikonduktor telah direalisasikan untuk bekerja secara berterusan selama berpuluh-puluh ribu jam dalam persekitaran praktikal.
Setakat ini, laser mempunyai prasyarat untuk komunikasi gentian optik komersial. Dari awal penciptaan laser, pencipta mengiktiraf potensi penggunaannya yang penting dalam bidang komunikasi. Walau bagaimanapun, terdapat dua kelemahan yang jelas dalam teknologi komunikasi laser: satu ialah sejumlah besar tenaga akan hilang disebabkan oleh perbezaan pancaran laser; yang lain ialah ia sangat dipengaruhi oleh persekitaran aplikasi, seperti aplikasi dalam persekitaran atmosfera akan tertakluk kepada perubahan keadaan cuaca dengan ketara. Oleh itu, untuk komunikasi laser, pandu gelombang optik yang sesuai adalah sangat penting.
Gentian optik yang digunakan untuk komunikasi yang dicadangkan oleh Dr. Kao Kung, pemenang Hadiah Nobel dalam fizik, memenuhi keperluan teknologi komunikasi laser untuk pandu gelombang. Beliau mencadangkan bahawa kehilangan taburan serat optik kaca Rayleigh boleh menjadi sangat rendah (kurang daripada 20 dB/km), dan kehilangan kuasa dalam gentian optik terutamanya berasal daripada penyerapan cahaya oleh kekotoran dalam bahan kaca, jadi penulenan bahan adalah kunci. untuk mengurangkan kehilangan gentian optik Kunci, dan juga menegaskan bahawa penghantaran mod tunggal adalah penting untuk mengekalkan prestasi komunikasi yang baik.
Pada tahun 1970, Syarikat Corning Glass telah membangunkan gentian optik multimod berasaskan kuarza dengan kehilangan kira-kira 20dB/km mengikut cadangan penulenan Dr. Kao, menjadikan gentian optik realiti untuk media penghantaran komunikasi. Selepas penyelidikan dan pembangunan berterusan, kehilangan gentian optik berasaskan kuarza menghampiri had teori. Setakat ini, syarat komunikasi gentian optik telah dipenuhi sepenuhnya.
Sistem komunikasi gentian optik awal semuanya menggunakan kaedah penerimaan pengesanan terus. Ini adalah kaedah komunikasi gentian optik yang agak mudah. PD ialah pengesan undang-undang segi empat sama, dan hanya keamatan isyarat optik boleh dikesan. Kaedah penerimaan pengesanan terus ini telah diteruskan dari generasi pertama teknologi komunikasi gentian optik pada tahun 1970-an hingga awal 1990-an.
Untuk meningkatkan penggunaan spektrum dalam lebar jalur, kita perlu bermula dari dua aspek: satu ialah menggunakan teknologi untuk mendekati had Shannon, tetapi peningkatan dalam kecekapan spektrum telah meningkatkan keperluan untuk nisbah telekomunikasi-ke-bunyi, dengan itu mengurangkan jarak penghantaran; yang lain adalah untuk menggunakan sepenuhnya fasa, Kapasiti membawa maklumat keadaan polarisasi digunakan untuk penghantaran, yang merupakan sistem komunikasi optik koheren generasi kedua.
Sistem komunikasi optik koheren generasi kedua menggunakan pengadun optik untuk pengesanan intradyne, dan menerima pakai penerimaan kepelbagaian polarisasi, iaitu, pada hujung penerima, lampu isyarat dan cahaya pengayun tempatan diuraikan menjadi dua pancaran cahaya yang keadaan polarisasinya adalah ortogon. antara satu sama lain. Dengan cara ini, penerimaan tidak sensitif polarisasi boleh dicapai. Di samping itu, perlu diingatkan bahawa pada masa ini, penjejakan frekuensi, pemulihan fasa pembawa, penyamaan, penyegerakan, penjejakan polarisasi dan penyahmultipleksan di hujung penerima semuanya boleh diselesaikan dengan teknologi pemprosesan isyarat digital (DSP), yang sangat memudahkan perkakasan. reka bentuk penerima, dan keupayaan pemulihan isyarat yang lebih baik.
Beberapa Cabaran dan Pertimbangan Yang Menghadapi Perkembangan Teknologi Komunikasi Gentian Optik
Melalui aplikasi pelbagai teknologi, kalangan akademik dan industri pada dasarnya telah mencapai had kecekapan spektrum sistem komunikasi gentian optik. Untuk terus meningkatkan kapasiti penghantaran, ia hanya boleh dicapai dengan meningkatkan lebar jalur sistem B (kapasiti meningkat secara linear) atau meningkatkan nisbah isyarat kepada hingar. Perbincangan khusus adalah seperti berikut.
1. Penyelesaian untuk meningkatkan kuasa penghantaran
Memandangkan kesan tak linear yang disebabkan oleh penghantaran kuasa tinggi boleh dikurangkan dengan meningkatkan luas berkesan keratan rentas gentian dengan betul, ia adalah penyelesaian untuk meningkatkan kuasa untuk menggunakan gentian beberapa mod dan bukannya gentian mod tunggal untuk penghantaran. Di samping itu, penyelesaian semasa yang paling biasa untuk kesan tak linear ialah menggunakan algoritma perambatan belakang digital (DBP), tetapi peningkatan prestasi algoritma akan membawa kepada peningkatan dalam kerumitan pengiraan. Baru-baru ini, penyelidikan teknologi pembelajaran mesin dalam pampasan tak linear telah menunjukkan prospek aplikasi yang baik, yang sangat mengurangkan kerumitan algoritma, jadi reka bentuk sistem DBP boleh dibantu oleh pembelajaran mesin pada masa hadapan.
2. Tingkatkan lebar jalur penguat optik
Meningkatkan lebar jalur boleh menembusi had julat frekuensi EDFA. Sebagai tambahan kepada jalur-C dan jalur-L, jalur-S juga boleh dimasukkan dalam julat aplikasi, dan penguat SOA atau Raman boleh digunakan untuk penguatan. Walau bagaimanapun, gentian optik sedia ada mempunyai kehilangan besar dalam jalur frekuensi selain daripada jalur S, dan adalah perlu untuk mereka bentuk gentian optik jenis baharu untuk mengurangkan kehilangan penghantaran. Tetapi untuk kumpulan lain, teknologi penguatan optik yang tersedia secara komersial juga merupakan satu cabaran.
3. Penyelidikan mengenai gentian optik kehilangan penghantaran rendah
Penyelidikan mengenai gentian kehilangan penghantaran rendah adalah salah satu isu yang paling kritikal dalam bidang ini. Gentian teras berongga (HCF) mempunyai kemungkinan kehilangan penghantaran yang lebih rendah, yang akan mengurangkan kelewatan masa penghantaran gentian dan boleh menghapuskan masalah gentian bukan linear pada tahap yang besar.
4. Penyelidikan mengenai teknologi berkaitan pemultipleksan bahagian angkasa
Teknologi pemultipleksan pembahagian ruang ialah penyelesaian yang berkesan untuk meningkatkan kapasiti gentian tunggal. Khususnya, gentian optik berbilang teras digunakan untuk penghantaran, dan kapasiti gentian tunggal digandakan. Isu teras dalam hal ini ialah sama ada terdapat penguat optik kecekapan lebih tinggi. , jika tidak, ia hanya boleh bersamaan dengan berbilang gentian optik teras tunggal; menggunakan teknologi pemultipleksan pembahagian mod termasuk mod polarisasi linear, pancaran OAM berdasarkan ketunggalan fasa dan pancaran vektor silinder berdasarkan ketunggalan polarisasi, teknologi tersebut boleh Pemultipleksan rasuk memberikan tahap kebebasan baharu dan meningkatkan kapasiti sistem komunikasi optik. Ia mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam teknologi komunikasi gentian optik, tetapi penyelidikan mengenai penguat optik yang berkaitan juga merupakan satu cabaran. Di samping itu, cara mengimbangi kerumitan sistem yang disebabkan oleh kelewatan kumpulan mod pembezaan dan teknologi penyamaan digital berbilang input berbilang-output juga patut diberi perhatian.
Prospek Pembangunan Teknologi Komunikasi Gentian Optik
Teknologi komunikasi gentian optik telah berkembang daripada transmisi berkelajuan rendah awal kepada transmisi berkelajuan tinggi semasa, dan telah menjadi salah satu teknologi tulang belakang yang menyokong masyarakat maklumat, dan telah membentuk disiplin dan bidang sosial yang besar. Pada masa hadapan, apabila permintaan masyarakat untuk penghantaran maklumat terus meningkat, sistem komunikasi gentian optik dan teknologi rangkaian akan berkembang ke arah kapasiti ultra besar, kecerdasan dan integrasi. Sambil meningkatkan prestasi penghantaran, mereka akan terus mengurangkan kos dan memberi khidmat kepada kehidupan rakyat serta membantu negara membina maklumat. masyarakat memainkan peranan yang penting. CeiTa telah bekerjasama dengan beberapa organisasi bencana alam, yang boleh meramalkan amaran keselamatan serantau seperti gempa bumi, banjir dan tsunami. Ia hanya perlu disambungkan kepada ONU CeiTa. Apabila bencana alam berlaku, stesen gempa bumi akan mengeluarkan amaran awal. Terminal di bawah Amaran ONU akan disegerakkan.
(1) Rangkaian optik pintar
Berbanding dengan sistem komunikasi tanpa wayar, sistem komunikasi optik dan rangkaian rangkaian optik pintar masih di peringkat awal dari segi konfigurasi rangkaian, penyelenggaraan rangkaian dan diagnosis kerosakan, dan tahap kecerdasan tidak mencukupi. Oleh kerana kapasiti serat tunggal yang besar, berlakunya sebarang kegagalan gentian akan memberi kesan yang besar kepada ekonomi dan masyarakat. Oleh itu, pemantauan parameter rangkaian adalah sangat penting untuk pembangunan rangkaian pintar masa depan. Arah penyelidikan yang perlu diberi perhatian dalam aspek ini pada masa hadapan termasuk: sistem pemantauan parameter sistem berdasarkan teknologi koheren yang dipermudahkan dan pembelajaran mesin, teknologi pemantauan kuantiti fizikal berdasarkan analisis isyarat koheren dan pantulan domain masa optik sensitif fasa.
(2) Teknologi dan sistem bersepadu
Tujuan teras penyepaduan peranti adalah untuk mengurangkan kos. Dalam teknologi komunikasi gentian optik, penghantaran isyarat berkelajuan tinggi jarak dekat boleh direalisasikan melalui penjanaan semula isyarat berterusan. Walau bagaimanapun, disebabkan masalah pemulihan keadaan fasa dan polarisasi, penyepaduan sistem koheren masih agak sukar. Di samping itu, jika sistem optik-elektrik-optik bersepadu berskala besar dapat direalisasikan, kapasiti sistem juga akan bertambah baik dengan ketara. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh faktor seperti kecekapan teknikal yang rendah, kerumitan tinggi dan kesukaran dalam penyepaduan, adalah mustahil untuk mempromosikan secara meluas isyarat semua optik seperti 2R semua optik (penguatan semula, pembentukan semula), 3R (penguatan semula). , pemasaan semula, dan pembentukan semula) dalam bidang komunikasi optik. teknologi pemprosesan. Oleh itu, dari segi teknologi dan sistem integrasi, hala tuju penyelidikan masa hadapan adalah seperti berikut: Walaupun penyelidikan sedia ada mengenai sistem pemultipleksan bahagian angkasa agak kaya, komponen utama sistem pemultipleksan bahagian angkasa masih belum mencapai kejayaan teknologi dalam bidang akademik dan industri, dan pengukuhan lagi diperlukan. Penyelidikan, seperti laser dan modulator bersepadu, penerima bersepadu dua dimensi, penguat optik bersepadu kecekapan tenaga tinggi, dsb.; jenis gentian optik baharu boleh mengembangkan lebar jalur sistem dengan ketara, tetapi kajian lanjut masih diperlukan untuk memastikan prestasi komprehensif dan proses pembuatan boleh mencapai tahap gentian mod tunggal sedia ada; kaji pelbagai peranti yang boleh digunakan dengan gentian baharu dalam pautan komunikasi.
(3) Peranti komunikasi optik
Dalam peranti komunikasi optik, penyelidikan dan pembangunan peranti fotonik silikon telah mencapai keputusan awal. Walau bagaimanapun, pada masa ini, penyelidikan berkaitan domestik terutamanya berdasarkan peranti pasif, dan penyelidikan mengenai peranti aktif agak lemah. Dari segi peranti komunikasi optik, hala tuju penyelidikan masa hadapan termasuk: penyelidikan penyepaduan peranti aktif dan peranti optik silikon; penyelidikan mengenai teknologi penyepaduan peranti optik bukan silikon, seperti penyelidikan mengenai teknologi penyepaduan bahan dan substrat III-V; pembangunan lanjut penyelidikan dan pembangunan peranti baharu. Tindakan susulan, seperti pandu gelombang optik litium niobate bersepadu dengan kelebihan kelajuan tinggi dan penggunaan kuasa yang rendah.
Masa siaran: Ogos-03-2023
