No fa gaire, el full de respostes de mitjans d'any per al desenvolupament conjunt de Hengqin entre Zhuhai i Macau s'estava desenvolupant lentament. Una de les fibres òptiques transfrontereres va cridar l'atenció. Va passar per Zhuhai i Macau per realitzar la interconnexió d'energia informàtica i compartir recursos des de Macau fins a Hengqin, i construir un canal d'informació. Xangai també promou el projecte d'actualització i transformació de la xarxa de comunicacions de fibra "òptica a posterior de coure" per garantir un desenvolupament econòmic d'alta qualitat i millors serveis de comunicació per als residents.
Amb el ràpid desenvolupament de la tecnologia d'Internet, la demanda dels usuaris de trànsit a Internet augmenta dia a dia, com millorar la capacitat de comunicació de fibra òptica s'ha convertit en un problema urgent a resoldre.
Des de l'aparició de la tecnologia de comunicació de fibra òptica, ha provocat grans canvis en els camps de la ciència, la tecnologia i la societat. Com a aplicació important de la tecnologia làser, la tecnologia de la informació làser representada per la tecnologia de comunicació de fibra òptica ha construït el marc de la xarxa de comunicació moderna i s'ha convertit en una part important de la transmissió d'informació. La tecnologia de comunicació de fibra òptica és una força important del món actual d'Internet i també és una de les tecnologies bàsiques de l'era de la informació.
Amb l'aparició contínua de diverses tecnologies emergents com l'Internet de les coses, el big data, la realitat virtual, la intel·ligència artificial (IA), les comunicacions mòbils de cinquena generació (5G) i altres tecnologies, es fan demandes més altes en l'intercanvi i la transmissió d'informació. Segons les dades d'investigació publicades per Cisco el 2019, el trànsit IP anual global augmentarà d'1,5 ZB (1ZB=1021B) el 2017 a 4,8 ZB el 2022, amb una taxa de creixement anual composta del 26%. Davant la tendència de creixement d'un trànsit elevat, la comunicació de fibra òptica, com a part principal de la xarxa de comunicacions, està sotmesa a una gran pressió per actualitzar-se. Els sistemes i xarxes de comunicació de fibra òptica d'alta velocitat i gran capacitat seran la direcció de desenvolupament principal de la tecnologia de comunicació de fibra òptica.
Història del desenvolupament i estat de la investigació de la tecnologia de comunicació de fibra òptica
El primer làser robí es va desenvolupar el 1960, després del descobriment de com funcionen els làsers per Arthur Showlow i Charles Townes el 1958. Llavors, el 1970, es va desenvolupar amb èxit el primer làser semiconductor AlGaAs capaç de funcionar de manera continuada a temperatura ambient, i el 1977, es va adonar que el làser semiconductor funcionava contínuament durant desenes de milers d'hores en un entorn pràctic.
Fins ara, els làsers tenen els requisits previs per a la comunicació comercial de fibra òptica. Des de l'inici de la invenció del làser, els inventors van reconèixer la seva important aplicació potencial en el camp de la comunicació. Tanmateix, hi ha dues deficiències evidents en la tecnologia de comunicació làser: una és que es perdrà una gran quantitat d'energia a causa de la divergència del feix làser; l'altre és que es veu molt afectat per l'entorn de l'aplicació, com ara l'aplicació en l'entorn atmosfèric estarà subjecta significativament a canvis en les condicions meteorològiques. Per tant, per a la comunicació làser, una guia d'ona òptica adequada és molt important.
La fibra òptica utilitzada per a la comunicació proposada pel doctor Kao Kung, premi Nobel de física, respon a les necessitats de la tecnologia de comunicació làser per a guies d'ona. Va proposar que la pèrdua de dispersió de Rayleigh de la fibra òptica de vidre pot ser molt baixa (menys de 20 dB/km) i que la pèrdua de potència de la fibra òptica prové principalment de l'absorció de la llum per part d'impureses dels materials de vidre, de manera que la purificació del material és la clau. per reduir la pèrdua de fibra òptica Key, i també va assenyalar que la transmissió monomode és important per mantenir un bon rendiment de comunicació.
L'any 1970, Corning Glass Company va desenvolupar una fibra òptica multimode basada en quars amb una pèrdua d'uns 20 dB/km segons el suggeriment de purificació del Dr. Kao, fent de la fibra òptica una realitat per als mitjans de transmissió de comunicacions. Després de contínues investigacions i desenvolupaments, la pèrdua de fibres òptiques basades en quars es va apropar al límit teòric. Fins ara, les condicions de comunicació de fibra òptica s'han complert plenament.
Els primers sistemes de comunicació de fibra òptica van adoptar el mètode de recepció de detecció directa. Aquest és un mètode de comunicació de fibra òptica relativament senzill. PD és un detector de llei quadrada i només es pot detectar la intensitat del senyal òptic. Aquest mètode de recepció de detecció directa ha continuat des de la primera generació de tecnologia de comunicació de fibra òptica a la dècada de 1970 fins a principis dels anys 90.
Per augmentar la utilització de l'espectre dins de l'ample de banda, hem de començar des de dos aspectes: un és utilitzar la tecnologia per apropar-se al límit de Shannon, però l'augment de l'eficiència de l'espectre ha augmentat els requisits de la relació de telecomunicacions a soroll, reduint així la distància de transmissió; l'altre és fer un ús complet de la fase, la capacitat de transport d'informació de l'estat de polarització s'utilitza per a la transmissió, que és el sistema de comunicació òptica coherent de segona generació.
El sistema de comunicació òptica coherent de segona generació utilitza un mesclador òptic per a la detecció intradina i adopta la recepció de diversitat de polarització, és a dir, a l'extrem receptor, la llum de senyal i la llum de l'oscil·lador local es descomponen en dos feixos de llum els estats de polarització dels quals són ortogonals. l'un a l'altre. D'aquesta manera, es pot aconseguir una recepció insensible a la polarització. A més, cal assenyalar que en aquest moment, el seguiment de freqüència, la recuperació de la fase de la portadora, l'equalització, la sincronització, el seguiment de la polarització i la demultiplexació a l'extrem receptor es poden completar amb la tecnologia de processament de senyal digital (DSP), que simplifica molt el maquinari. disseny del receptor i millora la capacitat de recuperació del senyal.
Alguns reptes i consideracions davant el desenvolupament de la tecnologia de comunicació de fibra òptica
Mitjançant l'aplicació de diverses tecnologies, els cercles acadèmics i la indústria bàsicament han arribat al límit de l'eficiència espectral del sistema de comunicació de fibra òptica. Per continuar augmentant la capacitat de transmissió, només es pot aconseguir augmentant l'ample de banda del sistema B (augment de la capacitat lineal) o augmentant la relació senyal-soroll. La discussió específica és la següent.
1. Solució per augmentar la potència de transmissió
Atès que l'efecte no lineal causat per la transmissió d'alta potència es pot reduir augmentant adequadament l'àrea efectiva de la secció transversal de la fibra, és una solució per augmentar la potència per utilitzar fibra de pocs modes en lloc de fibra monomode per a la transmissió. A més, la solució més comuna actual per als efectes no lineals és utilitzar l'algorisme de retropropagació digital (DBP), però la millora del rendiment de l'algorisme comportarà un augment de la complexitat computacional. Recentment, la investigació de la tecnologia d'aprenentatge automàtic en compensació no lineal ha mostrat una bona perspectiva d'aplicació, que redueix considerablement la complexitat de l'algorisme, de manera que el disseny del sistema DBP pot ser assistit per l'aprenentatge automàtic en el futur.
2. Augmenta l'ample de banda de l'amplificador òptic
Augmentar l'ample de banda pot trencar la limitació del rang de freqüències d'EDFA. A més de la banda C i la banda L, la banda S també es pot incloure a la gamma d'aplicacions, i l'amplificador SOA o Raman es pot utilitzar per a l'amplificació. Tanmateix, la fibra òptica existent té una gran pèrdua en bandes de freqüència diferents de la banda S, i és necessari dissenyar un nou tipus de fibra òptica per reduir la pèrdua de transmissió. Però per a la resta de bandes, la tecnologia d'amplificació òptica disponible comercialment també és un repte.
3. Recerca sobre fibra òptica de baixa pèrdua de transmissió
La investigació sobre fibra de baixa pèrdua de transmissió és un dels temes més crítics en aquest camp. La fibra de nucli buit (HCF) té la possibilitat de reduir la pèrdua de transmissió, cosa que reduirà el retard de la transmissió de la fibra i pot eliminar el problema no lineal de la fibra en gran mesura.
4. Recerca sobre tecnologies relacionades amb la multiplexació de divisió espacial
La tecnologia de multiplexació per divisió espacial és una solució eficaç per augmentar la capacitat d'una sola fibra. Concretament, s'utilitza fibra òptica multinucli per a la transmissió i la capacitat d'una sola fibra es duplica. El problema bàsic en aquest sentit és si hi ha un amplificador òptic de major eficiència. , en cas contrari només pot ser equivalent a múltiples fibres òptiques d'un sol nucli; utilitzant la tecnologia de multiplexació per divisió de modes que inclou el mode de polarització lineal, el feix OAM basat en la singularitat de fase i el feix vectorial cilíndric basat en la singularitat de la polarització, aquesta tecnologia pot ser La multiplexació de feix proporciona un nou grau de llibertat i millora la capacitat dels sistemes de comunicació òptica. Té àmplies perspectives d'aplicació en tecnologia de comunicació de fibra òptica, però la investigació sobre amplificadors òptics relacionats també és un repte. A més, també mereix atenció com equilibrar la complexitat del sistema causada pel retard del grup en mode diferencial i la tecnologia d'equalització digital de múltiples entrades i sortides múltiples.
Perspectives per al desenvolupament de la tecnologia de comunicació de fibra òptica
La tecnologia de comunicació de fibra òptica s'ha desenvolupat des de la transmissió inicial de baixa velocitat fins a la transmissió d'alta velocitat actual i s'ha convertit en una de les tecnologies vertebradores que donen suport a la societat de la informació i ha format una disciplina i un camp social enormes. En el futur, a mesura que la demanda de la societat de transmissió d'informació segueixi augmentant, els sistemes de comunicació de fibra òptica i les tecnologies de xarxa evolucionaran cap a una capacitat, intel·ligència i integració ultragrans. Tot i que milloren el rendiment de la transmissió, continuaran reduint costos i servint els mitjans de subsistència de la gent i ajudaran al país a generar informació. la societat té un paper important. CeiTa ha cooperat amb diverses organitzacions de desastres naturals, que poden predir avisos de seguretat regionals com terratrèmols, inundacions i tsunamis. Només cal connectar-lo a la ONU de CeiTa. Quan es produeix un desastre natural, l'estació del terratrèmol emetrà un avís primerenc. El terminal de les alertes de l'ONU es sincronitzarà.
(1) Xarxa òptica intel·ligent
En comparació amb el sistema de comunicació sense fil, el sistema de comunicació òptica i la xarxa de la xarxa òptica intel·ligent encara es troben en l'etapa inicial pel que fa a la configuració de la xarxa, el manteniment de la xarxa i el diagnòstic de fallades, i el grau d'intel·ligència és insuficient. A causa de l'enorme capacitat d'una sola fibra, l'aparició de qualsevol fallada de fibra tindrà un gran impacte en l'economia i la societat. Per tant, el seguiment dels paràmetres de la xarxa és molt important per al desenvolupament de futures xarxes intel·ligents. Les direccions de recerca a les quals cal prestar atenció en aquest aspecte en el futur inclouen: sistema de monitorització de paràmetres del sistema basat en tecnologia coherent simplificada i aprenentatge automàtic, tecnologia de monitorització de quantitats físiques basada en l'anàlisi coherent del senyal i la reflexió òptica del domini temporal sensible a la fase.
(2) Tecnologia i sistema integrats
L'objectiu principal de la integració de dispositius és reduir costos. En la tecnologia de comunicació de fibra òptica, la transmissió de senyals d'alta velocitat a curta distància es pot realitzar mitjançant la regeneració contínua del senyal. Tanmateix, a causa dels problemes de recuperació de fase i estat de polarització, la integració de sistemes coherents encara és relativament difícil. A més, si es pot realitzar un sistema òptic-elèctric-òptic integrat a gran escala, la capacitat del sistema també es millorarà significativament. Tanmateix, a causa de factors com la baixa eficiència tècnica, l'alta complexitat i la dificultat d'integració, és impossible promoure àmpliament senyals totalment òptics com ara 2R (reamplificació, remodelació) totalment òptics, 3R (reamplificació). , re-temporització i remodelació) en el camp de les comunicacions òptiques. tecnologia de processament. Per tant, pel que fa a la tecnologia i els sistemes d'integració, les futures direccions de recerca són les següents: encara que la investigació existent sobre sistemes de multiplexació de divisió espacial és relativament rica, els components clau dels sistemes de multiplexació de divisió espacial encara no han aconseguit avenços tecnològics a l'acadèmia i la indústria. i cal reforçar-ne més. Recerca, com ara làsers i moduladors integrats, receptors integrats bidimensionals, amplificadors òptics integrats d'alta eficiència energètica, etc.; els nous tipus de fibres òptiques poden ampliar significativament l'amplada de banda del sistema, però encara calen més investigacions per assegurar-se que els seus processos de fabricació i rendiment complets puguin assolir l'únic nivell de fibra de mode existent; estudiar diversos dispositius que es poden utilitzar amb la nova fibra a l'enllaç de comunicació.
(3) Dispositius de comunicació òptica
En dispositius de comunicació òptica, la investigació i desenvolupament de dispositius fotònics de silici ha aconseguit resultats inicials. Tanmateix, actualment, la investigació relacionada amb el país es basa principalment en dispositius passius, i la investigació sobre dispositius actius és relativament feble. Pel que fa als dispositius de comunicació òptica, les futures direccions de recerca inclouen: recerca d'integració de dispositius actius i dispositius òptics de silici; investigació sobre tecnologia d'integració de dispositius òptics sense silici, com ara investigació sobre tecnologia d'integració de materials i substrats III-V; desenvolupament de la investigació i desenvolupament de nous dispositius. Seguiment, com ara la guia d'ona òptica de niobat de liti integrada amb els avantatges d'alta velocitat i baix consum d'energia.
Hora de publicació: 03-agost-2023
