Hindi pa nagtagal, ang mid-year answer sheet para sa magkasanib na pag-unlad ng Hengqin sa pagitan ng Zhuhai at Macao ay dahan-dahang nagbubukas. Ang isa sa mga cross-border optical fibers ay nakakuha ng pansin. Dumaan ito sa Zhuhai at Macao upang maisakatuparan ang computing power interconnection at pagbabahagi ng mapagkukunan mula Macao hanggang Hengqin, at bumuo ng channel ng impormasyon. Isinusulong din ng Shanghai ang proyekto ng pag-upgrade at pagbabago ng "optical into copper back" na all-fiber na network ng komunikasyon upang matiyak ang mataas na kalidad na pag-unlad ng ekonomiya at mas mahusay na mga serbisyo sa komunikasyon para sa mga residente.
Sa mabilis na pag-unlad ng teknolohiya sa Internet, ang pangangailangan ng mga gumagamit para sa trapiko sa Internet ay tumataas araw-araw, kung paano pagbutihin ang kapasidad ng komunikasyon ng optical fiber ay naging isang kagyat na problema na dapat malutas.
Mula nang lumitaw ang teknolohiya ng komunikasyong optical fiber, nagdulot ito ng malalaking pagbabago sa larangan ng agham at teknolohiya at lipunan. Bilang isang mahalagang aplikasyon ng teknolohiya ng laser, ang teknolohiya ng impormasyon ng laser na kinakatawan ng teknolohiyang komunikasyon ng optical fiber ay nagtayo ng balangkas ng modernong network ng komunikasyon at naging mahalagang bahagi ng paghahatid ng impormasyon. Ang teknolohiya ng komunikasyon ng optical fiber ay isang mahalagang puwersang nagdadala ng kasalukuyang mundo ng Internet, at isa rin ito sa mga pangunahing teknolohiya ng panahon ng impormasyon.
Sa patuloy na paglitaw ng iba't ibang mga umuusbong na teknolohiya tulad ng Internet of Things, big data, virtual reality, artificial intelligence (AI), fifth-generation mobile communications (5G) at iba pang mga teknolohiya, mas mataas ang hinihingi sa pagpapalitan at paghahatid ng impormasyon. Ayon sa data ng pananaliksik na inilabas ng Cisco noong 2019, ang pandaigdigang taunang trapiko ng IP ay tataas mula 1.5ZB (1ZB=1021B) sa 2017 hanggang 4.8ZB sa 2022, na may tambalang taunang rate ng paglago na 26%. Nahaharap sa paglago ng trend ng mataas na trapiko, optical fiber komunikasyon, bilang ang pinaka gulugod bahagi ng network ng komunikasyon, ay sa ilalim ng napakalaking presyon upang mag-upgrade. Ang mataas na bilis, malaking kapasidad na mga sistema at network ng komunikasyon ng optical fiber ay magiging pangunahing direksyon ng pag-unlad ng teknolohiya ng komunikasyon ng optical fiber.
Kasaysayan ng Pag-unlad at Katayuan ng Pananaliksik ng Optical Fiber Communication Technology
Ang unang ruby laser ay binuo noong 1960, kasunod ng pagtuklas kung paano gumagana ang mga laser nina Arthur Showlow at Charles Townes noong 1958. Pagkatapos, noong 1970, ang unang AlGaAs semiconductor laser na may kakayahang patuloy na operasyon sa temperatura ng silid ay matagumpay na binuo, at noong 1977, ang semiconductor laser ay natanto upang gumana nang tuluy-tuloy para sa sampu-sampung libong oras sa isang praktikal na kapaligiran.
Sa ngayon, ang mga laser ay may mga kinakailangan para sa komersyal na optical fiber na komunikasyon. Mula sa simula ng pag-imbento ng laser, kinilala ng mga imbentor ang mahalagang potensyal na aplikasyon nito sa larangan ng komunikasyon. Gayunpaman, mayroong dalawang halatang pagkukulang sa teknolohiya ng komunikasyon ng laser: ang isa ay ang malaking halaga ng enerhiya ay mawawala dahil sa pagkakaiba-iba ng laser beam; ang isa pa ay na ito ay lubos na naaapektuhan ng kapaligiran ng aplikasyon, tulad ng aplikasyon sa kapaligiran ng atmospera ay makabuluhang sasailalim sa mga pagbabago sa mga kondisyon ng panahon . Samakatuwid, para sa komunikasyon ng laser, ang isang angkop na optical waveguide ay napakahalaga.
Ang optical fiber na ginamit para sa komunikasyon na iminungkahi ni Dr. Kao Kung, ang Nobel Prize winner sa physics, ay nakakatugon sa mga pangangailangan ng laser communication technology para sa waveguides. Iminungkahi niya na ang Rayleigh scattering loss ng glass optical fiber ay maaaring napakababa (mas mababa sa 20 dB/km), at ang pagkawala ng kuryente sa optical fiber ay higit sa lahat ay nagmumula sa pagsipsip ng liwanag ng mga impurities sa glass materials, kaya ang material purification ang susi. sa pagbabawas ng optical fiber loss Key, at itinuro din na ang single-mode transmission ay mahalaga upang mapanatili ang mahusay na pagganap ng komunikasyon.
Noong 1970, ang Corning Glass Company ay nakabuo ng isang quartz-based multimode optical fiber na may pagkawala ng humigit-kumulang 20dB/km ayon sa mungkahi ng paglilinis ni Dr. Kao, na ginagawang realidad ang optical fiber para sa media transmission ng komunikasyon. Pagkatapos ng tuluy-tuloy na pananaliksik at pag-unlad, ang pagkawala ng mga optical fiber na nakabatay sa kuwarts ay lumapit sa limitasyon ng teoretikal. Sa ngayon, ang mga kondisyon ng optical fiber communication ay ganap na nasiyahan.
Ang mga sistema ng komunikasyon ng maagang optical fiber ay pinagtibay ang lahat ng paraan ng pagtanggap ng direktang pagtuklas. Ito ay isang medyo simpleng paraan ng komunikasyon ng optical fiber. Ang PD ay isang square law detector, at tanging ang intensity ng optical signal ang maaaring makita. Ang direktang paraan ng pagtanggap ng pagtuklas na ito ay nagpatuloy mula sa unang henerasyon ng teknolohiyang komunikasyon ng optical fiber noong 1970s hanggang sa unang bahagi ng 1990s.
Upang mapataas ang paggamit ng spectrum sa loob ng bandwidth, kailangan nating magsimula sa dalawang aspeto: ang isa ay ang paggamit ng teknolohiya upang lapitan ang limitasyon ng Shannon, ngunit ang pagtaas ng kahusayan ng spectrum ay nagpapataas ng mga kinakailangan para sa ratio ng telekomunikasyon-sa-ingay, at sa gayon ay binabawasan ang distansya ng paghahatid; ang isa pa ay upang ganap na gamitin ang bahagi, Ang kapasidad ng pagdadala ng impormasyon ng estado ng polariseysyon ay ginagamit para sa paghahatid, na siyang pangalawang henerasyong magkakaugnay na optical na sistema ng komunikasyon.
Ang pangalawang henerasyong magkakaugnay na optical na sistema ng komunikasyon ay gumagamit ng optical mixer para sa intradyne detection, at gumagamit ng polarization diversity reception, iyon ay, sa receiving end, ang signal light at ang lokal na oscillator light ay nabubulok sa dalawang beam ng liwanag na ang polarization state ay orthogonal. sa isa't isa. Sa ganitong paraan, maaaring makamit ang polarization-insensitive na pagtanggap. Bilang karagdagan, dapat itong ituro na sa oras na ito, ang frequency tracking, carrier phase recovery, equalization, synchronization, polarization tracking at demultiplexing sa receiving end ay maaaring kumpletuhin lahat sa pamamagitan ng digital signal processing (DSP) na teknolohiya, na lubos na nagpapadali sa hardware. disenyo ng receiver, at pinahusay na kakayahan sa pagbawi ng signal.
Ilang Hamon at Pagsasaalang-alang na Hinaharap sa Pagbuo ng Optical Fiber Communication Technology
Sa pamamagitan ng aplikasyon ng iba't ibang mga teknolohiya, ang mga akademikong bilog at industriya ay karaniwang naabot ang limitasyon ng parang multo na kahusayan ng sistema ng komunikasyon ng optical fiber. Upang patuloy na mapataas ang kapasidad ng paghahatid, maaari lamang itong makamit sa pamamagitan ng pagtaas ng bandwidth ng system B (linearly na pagtaas ng kapasidad) o pagtaas ng ratio ng signal-to-noise. Ang tiyak na talakayan ay ang mga sumusunod.
1. Solusyon upang mapataas ang kapangyarihan ng pagpapadala
Dahil ang nonlinear na epekto na dulot ng high-power transmission ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng maayos na pagtaas ng epektibong lugar ng fiber cross-section, ito ay isang solusyon upang dagdagan ang kapangyarihan upang gumamit ng few-mode fiber sa halip na single-mode fiber para sa transmission. Bilang karagdagan, ang kasalukuyang pinakakaraniwang solusyon sa mga nonlinear na epekto ay ang paggamit ng digital backpropagation (DBP) algorithm, ngunit ang pagpapabuti ng pagganap ng algorithm ay hahantong sa pagtaas ng computational complexity. Kamakailan, ang pananaliksik ng teknolohiya sa pag-aaral ng makina sa nonlinear na kompensasyon ay nagpakita ng magandang prospect ng aplikasyon, na lubos na nagpapababa sa pagiging kumplikado ng algorithm, kaya ang disenyo ng DBP system ay maaaring tulungan ng machine learning sa hinaharap.
2. Taasan ang bandwidth ng optical amplifier
Ang pagtaas ng bandwidth ay maaaring makalusot sa limitasyon ng frequency range ng EDFA. Bilang karagdagan sa C-band at L-band, ang S-band ay maaari ding isama sa hanay ng aplikasyon, at ang SOA o Raman amplifier ay maaaring gamitin para sa amplification. Gayunpaman, ang umiiral na optical fiber ay may malaking pagkawala sa mga frequency band maliban sa S-band, at ito ay kinakailangan upang magdisenyo ng isang bagong uri ng optical fiber upang mabawasan ang pagkawala ng transmission. Ngunit para sa iba pang mga banda, isang hamon din ang komersyal na magagamit na optical amplification technology.
3. Pananaliksik sa mababang transmission loss optical fiber
Ang pananaliksik sa mababang transmission loss fiber ay isa sa mga pinaka kritikal na isyu sa larangang ito. Ang hollow core fiber (HCF) ay may posibilidad ng mas mababang transmission loss, na magbabawas sa oras ng pagkaantala ng fiber transmission at maaaring maalis ang nonlinear na problema ng fiber sa isang malaking lawak.
4. Pananaliksik sa mga teknolohiyang may kaugnayan sa multiplexing ng space division
Ang teknolohiya ng multiplexing ng space-division ay isang epektibong solusyon upang mapataas ang kapasidad ng isang fiber. Sa partikular, ang multi-core optical fiber ay ginagamit para sa paghahatid, at ang kapasidad ng isang solong hibla ay nadoble. Ang pangunahing isyu sa bagay na ito ay kung mayroong mas mataas na kahusayan na optical amplifier. , kung hindi ay maaari lamang itong katumbas ng maramihang single-core optical fibers; gamit ang mode-division multiplexing technology kabilang ang linear polarization mode, OAM beam batay sa phase singularity at cylindrical vector beam batay sa polarization singularity, ang ganitong teknolohiya ay maaaring Beam multiplexing ay nagbibigay ng bagong antas ng kalayaan at nagpapabuti sa kapasidad ng optical communication system. Mayroon itong malawak na mga prospect ng aplikasyon sa teknolohiya ng komunikasyon ng optical fiber, ngunit ang pananaliksik sa mga kaugnay na optical amplifier ay isang hamon din. Bilang karagdagan, kung paano balansehin ang pagiging kumplikado ng system na dulot ng pagkaantala ng grupo ng differential mode at multiple-input na multiple-output na digital equalization na teknolohiya ay karapat-dapat ding pansinin.
Mga Prospect para sa Pagbuo ng Optical Fiber Communication Technology
Ang teknolohiya ng komunikasyon sa optical fiber ay nabuo mula sa paunang low-speed transmission hanggang sa kasalukuyang high-speed transmission, at naging isa sa mga backbone na teknolohiya na sumusuporta sa information society, at nakabuo ng malaking disiplina at panlipunang larangan. Sa hinaharap, habang ang pangangailangan ng lipunan para sa paghahatid ng impormasyon ay patuloy na tumataas, ang mga optical fiber na sistema ng komunikasyon at mga teknolohiya ng network ay magbabago patungo sa napakalaking kapasidad, katalinuhan, at pagsasama. Habang pinapabuti ang pagganap ng transmission, patuloy nilang babawasan ang mga gastos at paglilingkuran ang kabuhayan ng mga tao at tutulungan ang bansa na bumuo ng impormasyon. ang lipunan ay may mahalagang papel. Nakipagtulungan ang CeiTa sa ilang mga organisasyon ng natural na kalamidad, na maaaring mahulaan ang mga babala sa kaligtasan sa rehiyon tulad ng mga lindol, baha, at tsunami. Kailangan lang itong konektado sa ONU ng CeiTa. Kapag nagkaroon ng natural na sakuna, maglalabas ng maagang babala ang istasyon ng lindol. Isi-synchronize ang terminal sa ilalim ng ONU Alerts.
(1) Matalinong optical network
Kung ikukumpara sa wireless na sistema ng komunikasyon, ang optical communication system at network ng intelligent optical network ay nasa unang yugto pa rin sa mga tuntunin ng network configuration, network maintenance at fault diagnosis, at ang antas ng katalinuhan ay hindi sapat. Dahil sa malaking kapasidad ng isang hibla, ang paglitaw ng anumang pagkabigo ng hibla ay magkakaroon ng malaking epekto sa ekonomiya at lipunan. Samakatuwid, ang pagsubaybay sa mga parameter ng network ay napakahalaga para sa pagbuo ng mga hinaharap na intelligent na network. Ang mga direksyon sa pananaliksik na kailangang bigyang-pansin sa aspetong ito sa hinaharap ay kinabibilangan ng: system parameter monitoring system batay sa pinasimple na magkakaugnay na teknolohiya at machine learning, physical quantity monitoring technology batay sa coherent signal analysis at phase-sensitive optical time-domain reflection.
(2) Pinagsanib na teknolohiya at sistema
Ang pangunahing layunin ng pagsasama ng device ay bawasan ang mga gastos. Sa teknolohiya ng komunikasyong optical fiber, maisasakatuparan ang maigsing mataas na bilis ng paghahatid ng mga signal sa pamamagitan ng patuloy na pagbabagong-buhay ng signal. Gayunpaman, dahil sa mga problema ng phase at polarization state recovery, ang pagsasama ng magkakaugnay na mga sistema ay medyo mahirap pa rin. Bilang karagdagan, kung ang isang malakihang pinagsamang optical-electrical-optical system ay maisasakatuparan, ang kapasidad ng system ay mapapabuti din nang malaki. Gayunpaman, dahil sa mga salik tulad ng mababang teknikal na kahusayan, mataas na pagiging kumplikado, at kahirapan sa pagsasama, imposibleng malawakang i-promote ang mga all-optical signal tulad ng all-optical 2R (re-amplification, re-shaping), 3R (re-amplification). , re-timing, at re-shaping) sa larangan ng optical na komunikasyon. teknolohiya sa pagproseso. Samakatuwid, sa mga tuntunin ng teknolohiya at mga sistema ng integrasyon, ang mga direksyon ng pananaliksik sa hinaharap ay ang mga sumusunod: Bagama't ang umiiral na pananaliksik sa mga sistema ng multiplexing ng dibisyon ng espasyo ay medyo mayaman, ang mga pangunahing bahagi ng mga sistema ng multiplexing ng dibisyon ng espasyo ay hindi pa nakakamit ng mga teknolohikal na tagumpay sa akademya at industriya, at kailangan pa ng karagdagang pagpapalakas. Pananaliksik, tulad ng pinagsamang mga laser at modulator, dalawang-dimensional na pinagsama-samang mga receiver, mataas na enerhiya-efficiency integrated optical amplifier, atbp.; Ang mga bagong uri ng optical fibers ay maaaring makabuluhang mapalawak ang bandwidth ng system, ngunit kailangan pa rin ng karagdagang pananaliksik upang matiyak na ang kanilang komprehensibong pagganap at mga proseso ng pagmamanupaktura ay maaaring maabot ang umiiral na solong Ang antas ng mode fiber; pag-aralan ang iba't ibang mga aparato na maaaring magamit sa bagong hibla sa link ng komunikasyon.
(3) Mga aparatong pangkomunikasyon sa optikal
Sa mga optical na aparato ng komunikasyon, ang pananaliksik at pagpapaunlad ng mga aparatong silikon na photonic ay nakamit ang mga paunang resulta. Gayunpaman, sa kasalukuyan, ang pananaliksik na nauugnay sa domestic ay pangunahing nakabatay sa mga passive device, at medyo mahina ang pananaliksik sa mga aktibong device. Sa mga tuntunin ng optical communication device, ang hinaharap na mga direksyon sa pananaliksik ay kinabibilangan ng: integration research ng mga aktibong device at silicon optical device; pananaliksik sa teknolohiya ng integration ng mga non-silicon optical device, tulad ng pananaliksik sa teknolohiya ng integration ng III-V na materyales at substrates; karagdagang pag-unlad ng bagong pananaliksik at pagpapaunlad ng device. Follow up, tulad ng integrated lithium niobate optical waveguide na may mga pakinabang ng mataas na bilis at mababang paggamit ng kuryente.
Oras ng post: Aug-03-2023
