For ikke lenge siden ble svararket for den felles utviklingen av Hengqin mellom Zhuhai og Macao sakte utfoldet. En av de grenseoverskridende optiske fibrene vakte oppmerksomhet. Den gikk gjennom Zhuhai og Macao for å realisere sammenkobling av datakraft og ressursdeling fra Macao til Hengqin, og bygge en informasjonskanal. Shanghai fremmer også oppgraderings- og transformasjonsprosjektet av "optisk til kobberbakside" helfiberkommunikasjonsnettverk for å sikre økonomisk utvikling av høy kvalitet og bedre kommunikasjonstjenester for innbyggerne.
Med den raske utviklingen av Internett-teknologi øker brukernes etterspørsel etter Internett-trafikk dag for dag, hvordan å forbedre kapasiteten til optisk fiberkommunikasjon har blitt et presserende problem som må løses.
Siden fremkomsten av optisk fiberkommunikasjonsteknologi har det ført til store endringer innen vitenskap og teknologi og samfunn. Som en viktig anvendelse av laserteknologi, har laserinformasjonsteknologi representert ved optisk fiberkommunikasjonsteknologi bygget rammeverket for moderne kommunikasjonsnettverk og blitt en viktig del av informasjonsoverføring. Optisk fiberkommunikasjonsteknologi er en viktig bærekraft for dagens internettverden, og den er også en av kjerneteknologiene i informasjonsalderen.
Med den kontinuerlige fremveksten av ulike nye teknologier som tingenes internett, big data, virtuell virkelighet, kunstig intelligens (AI), femte generasjons mobilkommunikasjon (5G) og andre teknologier, stilles det høyere krav til informasjonsutveksling og overføring. I følge forskningsdata utgitt av Cisco i 2019, vil global årlig IP-trafikk øke fra 1,5ZB (1ZB=1021B) i 2017 til 4,8ZB i 2022, med en sammensatt årlig vekstrate på 26%. Overfor veksttrenden med høy trafikk, er optisk fiberkommunikasjon, som den mest ryggradsdelen av kommunikasjonsnettverket, under et enormt press for å oppgradere. Høyhastighets optiske fiberkommunikasjonssystemer og -nettverk med stor kapasitet vil være hovedutviklingsretningen for optisk fiberkommunikasjonsteknologi.
Utviklingshistorie og forskningsstatus for optisk fiberkommunikasjonsteknologi
Den første rubinlaseren ble utviklet i 1960, etter oppdagelsen av hvordan lasere fungerer av Arthur Showlow og Charles Townes i 1958. Så, i 1970, ble den første AlGaAs-halvlederlaseren som var i stand til kontinuerlig drift ved romtemperatur, vellykket utviklet, og i 1977, halvlederlaseren ble realisert for å fungere kontinuerlig i titusenvis av timer i et praktisk miljø.
Så langt har lasere forutsetninger for kommersiell optisk fiberkommunikasjon. Fra begynnelsen av oppfinnelsen av laseren anerkjente oppfinnerne dens viktige potensielle anvendelse innen kommunikasjonsfeltet. Imidlertid er det to åpenbare mangler ved laserkommunikasjonsteknologi: den ene er at en stor mengde energi vil gå tapt på grunn av divergensen til laserstrålen; den andre er at den er sterkt påvirket av applikasjonsmiljøet, slik som applikasjonen i det atmosfæriske miljøet vil være betydelig gjenstand for endringer i værforhold. Derfor, for laserkommunikasjon, er en passende optisk bølgeleder svært viktig.
Den optiske fiberen som brukes til kommunikasjon foreslått av Dr. Kao Kung, nobelprisvinneren i fysikk, oppfyller behovene til laserkommunikasjonsteknologi for bølgeledere. Han foreslo at Rayleigh-spredningstapet av glassoptisk fiber kan være svært lavt (mindre enn 20 dB/km), og effekttapet i optisk fiber kommer hovedsakelig fra absorpsjon av lys av urenheter i glassmaterialer, så materialrensing er nøkkelen for å redusere tap av optisk fiber Key, og påpekte også at enkeltmodusoverføring er viktig for å opprettholde god kommunikasjonsytelse.
I 1970 utviklet Corning Glass Company en kvartsbasert multimodus optisk fiber med et tap på ca. 20dB/km i henhold til Dr. Kaos renseforslag, noe som gjorde optisk fiber til en realitet for kommunikasjonsoverføringsmedier. Etter kontinuerlig forskning og utvikling nærmet tapet av kvartsbaserte optiske fibre den teoretiske grensen. Så langt er betingelsene for optisk fiberkommunikasjon fullt ut tilfredsstilt.
Tidlige optiske fiberkommunikasjonssystemer tok alle i bruk mottaksmetoden for direkte deteksjon. Dette er en relativt enkel optisk fiberkommunikasjonsmetode. PD er en kvadratisk lovdetektor, og bare intensiteten til det optiske signalet kan detekteres. Denne direkte deteksjonsmottaksmetoden har fortsatt fra den første generasjonen av optisk fiberkommunikasjonsteknologi på 1970-tallet til begynnelsen av 1990-tallet.
For å øke spektrumutnyttelsen innenfor båndbredden, må vi ta utgangspunkt i to aspekter: det ene er å bruke teknologi for å nærme seg Shannon-grensen, men økningen i spektrumeffektivitet har økt kravene til forholdet mellom telekommunikasjon og støy, og dermed redusert overføring avstand; den andre er å gjøre full bruk av fasen. Informasjonsbærekapasiteten til polarisasjonstilstanden brukes til overføring, som er andre generasjons sammenhengende optiske kommunikasjonssystem.
Det andre generasjons koherente optiske kommunikasjonssystemet bruker en optisk mikser for intradyne-deteksjon, og tar i bruk polarisasjonsdiversitetsmottak, det vil si at signallyset og lokaloscillatorlyset i mottakerenden dekomponeres til to lysstråler hvis polarisasjonstilstander er ortogonale til hverandre. På denne måten kan polarisasjonsufølsom mottak oppnås. I tillegg bør det påpekes at på dette tidspunktet kan frekvenssporing, bærebølgefasegjenoppretting, utjevning, synkronisering, polarisasjonssporing og demultipleksing på mottakersiden alle fullføres av digital signalbehandlingsteknologi (DSP), noe som i stor grad forenkler maskinvaren. design av mottakeren, og forbedret signalgjenopprettingsevne.
Noen utfordringer og vurderinger som står overfor utviklingen av optisk fiberkommunikasjonsteknologi
Gjennom bruk av ulike teknologier har de akademiske kretsene og industrien i utgangspunktet nådd grensen for spektraleffektiviteten til det optiske fiberkommunikasjonssystemet. For å fortsette å øke overføringskapasiteten, kan det bare oppnås ved å øke systembåndbredden B (lineært økende kapasitet) eller øke signal-til-støy-forholdet. Den spesifikke diskusjonen er som følger.
1. Løsning for å øke sendeeffekten
Siden den ikke-lineære effekten forårsaket av høyeffektsoverføring kan reduseres ved riktig å øke det effektive arealet av fibertverrsnittet, er det en løsning å øke effekten for å bruke fåmodusfiber i stedet for enkeltmodusfiber for overføring. I tillegg er den nåværende vanligste løsningen på ikke-lineære effekter å bruke algoritmen digital backpropagation (DBP), men forbedringen av algoritmeytelsen vil føre til en økning i beregningskompleksiteten. Nylig har forskningen av maskinlæringsteknologi i ikke-lineær kompensasjon vist et godt applikasjonspotensial, noe som i stor grad reduserer kompleksiteten til algoritmen, slik at utformingen av DBP-systemet kan assisteres av maskinlæring i fremtiden.
2. Øk båndbredden til den optiske forsterkeren
Å øke båndbredden kan bryte gjennom begrensningen av frekvensområdet til EDFA. I tillegg til C-båndet og L-båndet kan også S-båndet inkluderes i bruksområdet, og SOA- eller Raman-forsterkeren kan brukes til forsterkning. Den eksisterende optiske fiberen har imidlertid et stort tap i andre frekvensbånd enn S-båndet, og det er nødvendig å designe en ny type optisk fiber for å redusere overføringstapet. Men for resten av bandene er kommersielt tilgjengelig optisk forsterkningsteknologi også en utfordring.
3. Forskning på lavt overføringstap optisk fiber
Forskning på fiber med lavt overføringstap er en av de mest kritiske problemene på dette feltet. Hulkjernefiber (HCF) har mulighet for lavere overføringstap, noe som vil redusere tidsforsinkelsen for fiberoverføring og i stor grad kan eliminere det ikke-lineære problemet med fiber.
4. Forskning på teknologier relatert til romdelingsmultipleksing
Space-divisjon multipleksing teknologi er en effektiv løsning for å øke kapasiteten til en enkelt fiber. Nærmere bestemt brukes optisk fiber med flere kjerner for overføring, og kapasiteten til en enkelt fiber dobles. Kjernespørsmålet i denne forbindelse er om det finnes en optisk forsterker med høyere effektivitet. , ellers kan det bare være ekvivalent med flere enkeltkjernede optiske fibre; ved bruk av modus-divisjonsmultipleksingsteknologi inkludert lineær polarisasjonsmodus, OAM-stråle basert på fasesingularitet og sylindrisk vektorstråle basert på polarisasjonssingularitet, slik teknologi kan være Beam-multipleksing gir en ny grad av frihet og forbedrer kapasiteten til optiske kommunikasjonssystemer. Den har brede bruksmuligheter innen optisk fiberkommunikasjonsteknologi, men forskningen på relaterte optiske forsterkere er også en utfordring. I tillegg er det verdt å merke seg hvordan man balanserer systemkompleksiteten forårsaket av gruppeforsinkelse i differensialmodus og digital utjevningsteknologi med flere innganger med flere utganger.
Utsikter for utvikling av optisk fiberkommunikasjonsteknologi
Optisk fiberkommunikasjonsteknologi har utviklet seg fra den første lavhastighetsoverføringen til den nåværende høyhastighetsoverføringen, og har blitt en av ryggradsteknologiene som støtter informasjonssamfunnet, og har dannet en enorm disiplin og sosialt felt. I fremtiden, ettersom samfunnets etterspørsel etter informasjonsoverføring fortsetter å øke, vil optiske fiberkommunikasjonssystemer og nettverksteknologier utvikle seg mot ultra-stor kapasitet, intelligens og integrasjon. Mens de forbedrer overføringsytelsen, vil de fortsette å redusere kostnadene og tjene folkets levebrød og hjelpe landet med å bygge informasjon. samfunnet spiller en viktig rolle. CeiTa har samarbeidet med en rekke naturkatastroferorganisasjoner, som kan forutsi regionale sikkerhetsadvarsler som jordskjelv, flom og tsunamier. Den trenger bare å være koblet til ONU-en til CeiTa. Når en naturkatastrofe inntreffer, vil jordskjelvstasjonen gi et tidlig varsel. Terminalen under ONU Alerts vil bli synkronisert.
(1) Intelligent optisk nettverk
Sammenlignet med det trådløse kommunikasjonssystemet er det optiske kommunikasjonssystemet og nettverket til det intelligente optiske nettverket fortsatt i startfasen når det gjelder nettverkskonfigurasjon, nettverksvedlikehold og feildiagnose, og graden av intelligens er utilstrekkelig. På grunn av den enorme kapasiteten til en enkelt fiber, vil forekomsten av enhver fiberfeil ha stor innvirkning på økonomien og samfunnet. Derfor er overvåking av nettverksparametere svært viktig for utviklingen av fremtidige intelligente nettverk. Forskningsretningene som må vies oppmerksomhet i dette aspektet i fremtiden inkluderer: systemparameterovervåkingssystem basert på forenklet koherent teknologi og maskinlæring, fysisk mengdeovervåkingsteknologi basert på koherent signalanalyse og fasesensitiv optisk tidsdomenerefleksjon.
(2) Integrert teknologi og system
Hovedformålet med enhetsintegrasjon er å redusere kostnadene. I optisk fiberkommunikasjonsteknologi kan kortdistanse høyhastighetsoverføring av signaler realiseres gjennom kontinuerlig signalregenerering. På grunn av problemene med fase- og polarisasjonstilstandsgjenoppretting er integrasjonen av sammenhengende systemer fortsatt relativt vanskelig. I tillegg, dersom et storskala integrert optisk-elektrisk-optisk system kan realiseres, vil også systemkapasiteten bli betydelig forbedret. På grunn av faktorer som lav teknisk effektivitet, høy kompleksitet og vanskeligheter med integrasjon, er det imidlertid umulig å fremme all-optiske signaler som all-optical 2R (re-amplification, re-shaping), 3R (re-amplification) , re-timing og re-shaping) innen optisk kommunikasjon. prosesseringsteknologi. Når det gjelder integrasjonsteknologi og -systemer, er de fremtidige forskningsretningene som følger: Selv om den eksisterende forskningen på romdelingsmultiplekseringssystemer er relativt rik, har nøkkelkomponentene i romdelingsmultiplekseringssystemer ennå ikke oppnådd teknologiske gjennombrudd i akademia og industri, og ytterligere styrking er nødvendig. Forskning, som integrerte lasere og modulatorer, todimensjonale integrerte mottakere, høyenergieffektive integrerte optiske forsterkere, etc.; nye typer optiske fibre kan utvide systembåndbredden betydelig, men ytterligere forskning er fortsatt nødvendig for å sikre at deres omfattende ytelse og produksjonsprosesser kan nå den eksisterende enkeltnivået av modusfiber; studere ulike enheter som kan brukes med den nye fiberen i kommunikasjonsleddet.
(3) Optiske kommunikasjonsenheter
I optiske kommunikasjonsenheter har forskning og utvikling av silisiumfotoniske enheter oppnådd første resultater. Imidlertid er innenlandsrelatert forskning for tiden hovedsakelig basert på passive enheter, og forskning på aktive enheter er relativt svak. Når det gjelder optiske kommunikasjonsenheter, inkluderer de fremtidige forskningsretningene: integrasjonsforskning av aktive enheter og optiske silisiumenheter; forskning på integreringsteknologi for ikke-silisium optiske enheter, slik som forskning på integrasjonsteknologi for III-V materialer og substrater; videreutvikling av forskning og utvikling av nye enheter. Oppfølging, for eksempel integrert litiumniobat optisk bølgeleder med fordelene høy hastighet og lavt strømforbruk.
Innleggstid: Aug-03-2023
