Non hai moito tempo, a folla de respostas de mediados de ano para o desenvolvemento conxunto de Hengqin entre Zhuhai e Macao foise desenvolvendo lentamente. Unha das fibras ópticas transfronteirizas chamou a atención. Pasou por Zhuhai e Macau para realizar a interconexión de potencia informática e compartir recursos de Macau a Hengqin e construír unha canle de información. Shanghái tamén está a promover o proxecto de actualización e transformación da rede de comunicación de fibra óptica "á parte traseira de cobre" para garantir un desenvolvemento económico de alta calidade e mellores servizos de comunicación para os residentes.
Co rápido desenvolvemento da tecnoloxía de Internet, a demanda dos usuarios de tráfico de Internet está aumentando día a día, como mellorar a capacidade de comunicación por fibra óptica converteuse nun problema urxente a resolver.
Desde a aparición da tecnoloxía de comunicación por fibra óptica, provocou grandes cambios nos campos da ciencia e da tecnoloxía e da sociedade. Como unha aplicación importante da tecnoloxía láser, a tecnoloxía da información láser representada pola tecnoloxía de comunicación de fibra óptica construíu o marco da rede de comunicación moderna e converteuse nunha parte importante da transmisión de información. A tecnoloxía de comunicación por fibra óptica é unha importante forza portante do mundo actual de Internet, e tamén é unha das tecnoloxías fundamentais da era da información.
Coa aparición continua de diversas tecnoloxías emerxentes como a Internet das cousas, o big data, a realidade virtual, a intelixencia artificial (IA), as comunicacións móbiles de quinta xeración (5G) e outras tecnoloxías, imponse unha maior demanda de intercambio e transmisión de información. Segundo os datos de investigación publicados por Cisco en 2019, o tráfico IP anual global aumentará de 1,5ZB (1ZB=1021B) en 2017 a 4,8ZB en 2022, cunha taxa de crecemento anual composta do 26%. Ante a tendencia de crecemento do tráfico elevado, a comunicación por fibra óptica, como a parte máis vertebradora da rede de comunicación, está baixo unha enorme presión para actualizar. Os sistemas e redes de comunicación de fibra óptica de alta velocidade e gran capacidade serán a principal dirección de desenvolvemento da tecnoloxía de comunicación de fibra óptica.
Historia do desenvolvemento e estado da investigación da tecnoloxía de comunicación de fibra óptica
O primeiro láser de rubí foi desenvolvido en 1960, tras o descubrimento de como funcionan os láseres por Arthur Showlow e Charles Townes en 1958. Despois, en 1970, desenvolveuse con éxito o primeiro láser semicondutor AlGaAs capaz de funcionar continuamente a temperatura ambiente, e en 1977, o láser de semicondutores realizouse para funcionar continuamente durante decenas de miles de horas nun ambiente práctico.
Ata agora, os láseres teñen os requisitos previos para a comunicación comercial de fibra óptica. Desde o inicio da invención do láser, os inventores recoñeceron a súa importante aplicación potencial no campo da comunicación. Non obstante, hai dúas deficiencias obvias na tecnoloxía de comunicación láser: unha é que se perderá unha gran cantidade de enerxía debido á diverxencia do feixe láser; o outro é que se ve moi afectado polo ambiente de aplicación, como a aplicación no ambiente atmosférico estará suxeita significativamente a cambios nas condicións meteorolóxicas. Polo tanto, para a comunicación con láser, unha guía de ondas óptica adecuada é moi importante.
A fibra óptica utilizada para a comunicación proposta polo doutor Kao Kung, premio Nobel de física, responde ás necesidades da tecnoloxía de comunicación láser para as guías de onda. El propuxo que a perda de dispersión de Rayleigh da fibra óptica de vidro pode ser moi baixa (menos de 20 dB/km) e que a perda de potencia na fibra óptica provén principalmente da absorción da luz por impurezas nos materiais de vidro, polo que a purificación do material é a clave. para reducir a perda de fibra óptica clave, e tamén apuntou que a transmisión monomodo é importante para manter un bo rendemento de comunicación.
En 1970, a Corning Glass Company desenvolveu unha fibra óptica multimodo baseada en cuarzo cunha perda duns 20 dB/km segundo a suxestión de purificación do doutor Kao, convertendo a fibra óptica nunha realidade para os medios de transmisión de comunicación. Despois da continua investigación e desenvolvemento, a perda de fibras ópticas baseadas en cuarzo achegouse ao límite teórico. Ata o momento, as condicións de comunicación por fibra óptica foron totalmente satisfeitas.
Os primeiros sistemas de comunicación de fibra óptica adoptaron o método de recepción de detección directa. Este é un método de comunicación de fibra óptica relativamente sinxelo. PD é un detector de lei cadrada e só se pode detectar a intensidade do sinal óptico. Este método de recepción de detección directa continuou desde a primeira xeración de tecnoloxía de comunicación por fibra óptica na década de 1970 ata principios dos 90.
Para aumentar a utilización do espectro dentro do ancho de banda, hai que partir de dous aspectos: un é utilizar a tecnoloxía para achegarse ao límite de Shannon, pero o aumento da eficiencia do espectro aumentou os requisitos para a relación de telecomunicacións a ruído, reducindo así o distancia de transmisión; a outra é facer un uso completo da fase, a capacidade de transporte de información do estado de polarización úsase para a transmisión, que é o sistema de comunicación óptica coherente de segunda xeración.
O sistema de comunicación óptica coherente de segunda xeración usa un mesturador óptico para a detección intradina e adopta a recepción de diversidade de polarización, é dicir, no extremo receptor, a luz de sinal e a luz do oscilador local descompoñense en dous feixes de luz cuxos estados de polarización son ortogonais. entre si. Deste xeito, pódese conseguir unha recepción insensible á polarización. Ademais, cómpre sinalar que neste momento, o seguimento de frecuencias, a recuperación da fase da portadora, a ecualización, a sincronización, o seguimento de polarización e a demultiplexación no extremo receptor pódense completar coa tecnoloxía de procesamento de sinal dixital (DSP), o que simplifica moito o hardware. deseño do receptor e mellora da capacidade de recuperación do sinal.
Algúns retos e consideracións que enfronta o desenvolvemento da tecnoloxía de comunicación por fibra óptica
A través da aplicación de varias tecnoloxías, os círculos académicos e a industria alcanzaron basicamente o límite da eficiencia espectral do sistema de comunicación de fibra óptica. Para seguir aumentando a capacidade de transmisión, só se pode conseguir aumentando o ancho de banda do sistema B (aumento lineal da capacidade) ou aumentando a relación sinal-ruído. A discusión específica é a seguinte.
1. Solución para aumentar a potencia de transmisión
Dado que o efecto non lineal causado pola transmisión de alta potencia pode reducirse aumentando correctamente a área efectiva da sección transversal da fibra, é unha solución para aumentar a potencia para usar fibra de poucos modos en lugar de fibra de modo único para a transmisión. Ademais, a solución actual máis común para os efectos non lineais é utilizar o algoritmo de retropropagación dixital (DBP), pero a mellora do rendemento do algoritmo levará a un aumento da complexidade computacional. Recentemente, a investigación da tecnoloxía de aprendizaxe automática na compensación non lineal mostrou unha boa perspectiva de aplicación, o que reduce moito a complexidade do algoritmo, polo que o deseño do sistema DBP pode ser asistido pola aprendizaxe automática no futuro.
2. Aumenta o ancho de banda do amplificador óptico
Aumentar o ancho de banda pode romper a limitación do rango de frecuencias de EDFA. Ademais da banda C e da banda L, a banda S tamén se pode incluír no rango de aplicacións e pódese usar o amplificador SOA ou Raman para a amplificación. Non obstante, a fibra óptica existente ten unha gran perda en bandas de frecuencia distintas da banda S, e é necesario deseñar un novo tipo de fibra óptica para reducir a perda de transmisión. Pero para o resto das bandas, a tecnoloxía de amplificación óptica dispoñible comercialmente tamén é un reto.
3. Investigación sobre fibra óptica de baixa perda de transmisión
A investigación sobre fibra de baixa perda de transmisión é unha das cuestións máis críticas neste campo. A fibra de núcleo oco (HCF) ten a posibilidade de reducir a perda de transmisión, o que reducirá o atraso de transmisión da fibra e pode eliminar en gran medida o problema non lineal da fibra.
4. Investigación sobre tecnoloxías relacionadas coa multiplexación por división espacial
A tecnoloxía de multiplexación por división espacial é unha solución eficaz para aumentar a capacidade dunha única fibra. En concreto, utilízase fibra óptica multinúcleo para a transmisión e duplícase a capacidade dunha única fibra. A cuestión fundamental a este respecto é se hai un amplificador óptico de maior eficiencia. , se non, só pode ser equivalente a varias fibras ópticas dun só núcleo; usando a tecnoloxía de multiplexación por división de modos, incluíndo o modo de polarización lineal, o feixe OAM baseado na singularidade de fase e o feixe vectorial cilíndrico baseado na singularidade de polarización, tal tecnoloxía pode ser A multiplexación de feixe proporciona un novo grao de liberdade e mellora a capacidade dos sistemas de comunicación óptica. Ten amplas perspectivas de aplicación na tecnoloxía de comunicación de fibra óptica, pero a investigación sobre amplificadores ópticos relacionados tamén é un reto. Ademais, tamén merece atención como equilibrar a complexidade do sistema causada polo atraso do grupo en modo diferencial e a tecnoloxía de ecualización dixital de múltiples entradas e saídas múltiples.
Perspectivas para o desenvolvemento da tecnoloxía de comunicación por fibra óptica
A tecnoloxía de comunicación de fibra óptica desenvolveuse desde a transmisión inicial de baixa velocidade ata a transmisión de alta velocidade actual, converténdose nunha das tecnoloxías fundamentais que apoian a sociedade da información e formou unha disciplina e campo social enormes. No futuro, a medida que a demanda da sociedade de transmisión de información continúe aumentando, os sistemas de comunicación de fibra óptica e as tecnoloxías de rede evolucionarán cara a capacidade, intelixencia e integración ultragrandes. Aínda que melloran o rendemento da transmisión, seguirán reducindo os custos e servindo para o medio de vida da xente e axudando ao país a crear información. a sociedade xoga un papel importante. CeiTa colaborou con varias organizacións de desastres naturais, que poden prever avisos de seguridade rexionais como terremotos, inundacións e tsunamis. Só ten que estar conectado á ONU do CeiTa. Cando se produza un desastre natural, a estación sísmica emitirá un aviso temperán. O terminal baixo as alertas da ONU sincronizarase.
(1) Rede óptica intelixente
En comparación co sistema de comunicación sen fíos, o sistema de comunicación óptica e a rede da rede óptica intelixente aínda están na fase inicial en termos de configuración da rede, mantemento da rede e diagnóstico de fallos, e o grao de intelixencia é insuficiente. Debido á enorme capacidade dunha soa fibra, a aparición de calquera falla de fibra terá un gran impacto na economía e na sociedade. Polo tanto, o seguimento dos parámetros da rede é moi importante para o desenvolvemento de futuras redes intelixentes. As direccións de investigación ás que se debe prestar atención neste aspecto no futuro inclúen: sistema de monitorización de parámetros do sistema baseado en tecnoloxía coherente simplificada e aprendizaxe automática, tecnoloxía de monitorización de cantidades físicas baseada na análise coherente do sinal e na reflexión óptica no dominio do tempo sensible á fase.
(2) Tecnoloxía e sistema integrados
O obxectivo principal da integración do dispositivo é reducir os custos. Na tecnoloxía de comunicación de fibra óptica, a transmisión de sinais de alta velocidade a curta distancia pódese realizar mediante a rexeneración continua do sinal. Non obstante, debido aos problemas de recuperación de fase e estado de polarización, a integración de sistemas coherentes aínda é relativamente difícil. Ademais, se se pode realizar un sistema óptico-eléctrico-óptico integrado a gran escala, a capacidade do sistema tamén se mellorará significativamente. Non obstante, debido a factores como a baixa eficiencia técnica, a alta complexidade e a dificultade de integración, é imposible promover amplamente sinais totalmente ópticos como 2R totalmente ópticos (reamplificación, remodelación), 3R (reamplificación). , re-temporización e remodelación) no campo das comunicacións ópticas. tecnoloxía de procesamento. Polo tanto, en termos de tecnoloxía e sistemas de integración, as direccións de investigación futuras son as seguintes: Aínda que a investigación existente sobre os sistemas de multiplexación de división espacial é relativamente rica, os compoñentes clave dos sistemas de multiplexación de división espacial aínda non acadaron avances tecnolóxicos no ámbito académico e industrial, e é necesario un maior fortalecemento. Investigación, como láseres e moduladores integrados, receptores integrados bidimensionais, amplificadores ópticos integrados de alta eficiencia enerxética, etc.; novos tipos de fibras ópticas poden ampliar significativamente o ancho de banda do sistema, pero aínda se necesitan máis investigacións para garantir que o seu rendemento completo e os seus procesos de fabricación poidan alcanzar o único nivel existente de fibra de modo; estudar diversos dispositivos que se poden utilizar coa nova fibra no enlace de comunicación.
(3) Dispositivos de comunicación óptica
Nos dispositivos de comunicación óptica, a investigación e desenvolvemento de dispositivos fotónicos de silicio acadou resultados iniciais. Non obstante, na actualidade, a investigación doméstica baséase principalmente en dispositivos pasivos e a investigación sobre dispositivos activos é relativamente débil. En termos de dispositivos de comunicación óptica, as direccións futuras de investigación inclúen: investigación de integración de dispositivos activos e dispositivos ópticos de silicio; investigación sobre tecnoloxía de integración de dispositivos ópticos non de silicio, como investigación sobre tecnoloxía de integración de materiais e substratos III-V; desenvolvemento de investigación e desenvolvemento de novos dispositivos. Seguimento, como guía de ondas óptica de niobato de litio integrada coas vantaxes da alta velocidade e baixo consumo de enerxía.
Hora de publicación: 03-ago-2023
