Kısa bir süre önce, Hengqin'in Zhuhai ve Macao arasındaki ortak gelişimine ilişkin yıl ortası cevap sayfası yavaş yavaş ortaya çıkıyordu. Sınır ötesi optik fiberlerden biri dikkat çekti. Macao'dan Hengqin'e bilgi işlem gücü ara bağlantısını ve kaynak paylaşımını gerçekleştirmek ve bir bilgi kanalı oluşturmak için Zhuhai ve Makao'dan geçti. Şangay ayrıca, yüksek kalitede ekonomik kalkınma ve bölge sakinleri için daha iyi iletişim hizmetleri sağlamak amacıyla "optiği bakırdan bakıra" tamamen fiber iletişim ağının iyileştirme ve dönüştürme projesini de destekliyor.
İnternet teknolojisinin hızla gelişmesiyle birlikte kullanıcıların internet trafiğine olan talebi her geçen gün artmakta, fiber optik iletişim kapasitesinin nasıl artırılacağı acil çözülmesi gereken bir sorun haline gelmiştir.
Fiber optik iletişim teknolojisinin ortaya çıkışından bu yana bilim ve teknoloji alanlarında ve toplumda büyük değişiklikleri beraberinde getirmiştir. Lazer teknolojisinin önemli bir uygulaması olan fiber optik iletişim teknolojisinin temsil ettiği lazer bilgi teknolojisi, modern iletişim ağının çerçevesini oluşturmuş ve bilgi aktarımının önemli bir parçası haline gelmiştir. Fiber optik iletişim teknolojisi, günümüz İnternet dünyasının önemli bir taşıyıcı gücü olmasının yanı sıra, bilgi çağının da temel teknolojilerinden biridir.
Nesnelerin İnterneti, büyük veri, sanal gerçeklik, yapay zeka (AI), beşinci nesil mobil iletişim (5G) ve diğer teknolojiler gibi çeşitli yeni teknolojilerin sürekli ortaya çıkmasıyla birlikte, bilgi alışverişi ve iletimi konusunda daha yüksek talepler ortaya çıkıyor. Cisco'nun 2019 yılında yayınladığı araştırma verilerine göre küresel yıllık IP trafiği 2017'de 1,5ZB'den (1ZB=1021B) 2022'de 4,8ZB'ye çıkacak ve yıllık bileşik büyüme oranı %26 olacak. Yüksek trafiğin büyüme eğilimiyle karşı karşıya kalan, iletişim ağının en omurga parçası olan fiber optik iletişim, büyük bir yükseltme baskısı altındadır. Yüksek hızlı, büyük kapasiteli fiber optik iletişim sistemleri ve ağları, fiber optik iletişim teknolojisinin ana gelişim yönü olacaktır.
Fiber Optik Haberleşme Teknolojisinin Gelişim Tarihi ve Araştırma Durumu
İlk yakut lazer, 1958 yılında Arthur Showlow ve Charles Townes'ın lazerlerin nasıl çalıştığını keşfetmesinin ardından 1960 yılında geliştirildi. Ardından 1970 yılında, oda sıcaklığında sürekli çalışabilen ilk AlGaAs yarı iletken lazer başarıyla geliştirildi ve 1977'de, yarı iletken lazerin pratik bir ortamda on binlerce saat boyunca sürekli olarak çalışabileceği gerçekleştirildi.
Şimdiye kadar lazerler ticari fiber optik iletişim için önkoşullara sahiptir. Lazerin icadının başlangıcından bu yana, mucitler lazerin iletişim alanındaki önemli potansiyel uygulamasını fark ettiler. Ancak lazer iletişim teknolojisinde iki belirgin eksiklik vardır: Birincisi, lazer ışınının sapması nedeniyle büyük miktarda enerjinin kaybedilmesi; diğeri ise uygulama ortamından büyük ölçüde etkilenmesi, örneğin atmosferik ortamda yapılan uygulamanın hava koşullarındaki değişikliklere önemli ölçüde maruz kalmasıdır. Bu nedenle lazer iletişimi için uygun bir optik dalga kılavuzu çok önemlidir.
Nobel Fizik Ödülü sahibi Dr. Kao Kung'un önerdiği iletişim için kullanılan optik fiber, dalga kılavuzlarına yönelik lazer iletişim teknolojisinin ihtiyaçlarını karşılıyor. Cam optik fiberin Rayleigh saçılma kaybının çok düşük olabileceğini (20 dB/km'den az) ve optik fiberdeki güç kaybının esas olarak ışığın cam malzemelerdeki yabancı maddeler tarafından emilmesinden kaynaklandığını, dolayısıyla malzeme saflaştırmanın anahtar olduğunu öne sürdü. Key, optik fiber kaybını azaltmak için tek modlu iletimin iyi iletişim performansını sürdürmek için önemli olduğuna dikkat çekti.
1970 yılında Corning Glass Company, Dr. Kao'nun saflaştırma önerisine göre yaklaşık 20dB/km kayıplı kuvars bazlı çok modlu bir optik fiber geliştirdi ve optik fiberi iletişim iletim ortamı için gerçeğe dönüştürdü. Sürekli araştırma ve geliştirmenin ardından kuvars bazlı optik fiberlerin kaybı teorik sınıra yaklaştı. Şu ana kadar fiber optik iletişimin koşulları tamamen yerine getirildi.
İlk fiber optik iletişim sistemlerinin tümü, doğrudan algılamanın alım yöntemini benimsedi. Bu nispeten basit bir fiber optik iletişim yöntemidir. PD bir kare yasa dedektörüdür ve yalnızca optik sinyalin yoğunluğu tespit edilebilir. Bu doğrudan tespit alma yöntemi, 1970'lerdeki ilk nesil fiber optik iletişim teknolojisinden 1990'ların başına kadar devam etti.
Bant genişliği dahilinde spektrum kullanımını artırmak için iki açıdan başlamamız gerekir: Birincisi Shannon sınırına yaklaşmak için teknolojiyi kullanmaktır, ancak spektrum verimliliğindeki artış telekomünikasyon-gürültü oranına yönelik gereksinimleri arttırmış, dolayısıyla gürültü oranını azaltmıştır. iletim mesafesi; diğeri ise fazdan tam olarak yararlanmaktır. Polarizasyon durumunun bilgi taşıma kapasitesi, ikinci nesil tutarlı optik iletişim sistemi olan iletim için kullanılır.
İkinci nesil tutarlı optik iletişim sistemi, din içi algılama için bir optik karıştırıcı kullanır ve polarizasyon çeşitliliği alımını benimser; yani, alıcı uçta sinyal ışığı ve yerel osilatör ışığı, polarizasyon durumları dik olan iki ışık ışınına ayrıştırılır. birbirlerine. Bu şekilde polarizasyona duyarsız alım elde edilebilir. Ek olarak, şu anda, alıcı uçta frekans takibi, taşıyıcı faz geri kazanımı, eşitleme, senkronizasyon, polarizasyon takibi ve çoğullama çözme işlemlerinin tamamının, donanımı büyük ölçüde basitleştiren dijital sinyal işleme (DSP) teknolojisi ile tamamlanabileceğine dikkat edilmelidir. alıcının tasarımı ve geliştirilmiş sinyal kurtarma yeteneği.
Fiber Optik İletişim Teknolojisinin Gelişiminin Karşılaştığı Bazı Zorluklar ve Hususlar
Çeşitli teknolojilerin uygulanmasıyla akademik çevreler ve endüstri, temel olarak fiber optik iletişim sisteminin spektral verimliliğinin sınırına ulaştı. İletim kapasitesini artırmaya devam etmek için, bu yalnızca sistem bant genişliği B'nin arttırılmasıyla (doğrusal olarak artan kapasite) veya sinyal-gürültü oranının arttırılmasıyla başarılabilir. Spesifik tartışma aşağıdaki gibidir.
1. İletim gücünü artırma çözümü
Yüksek güçlü iletimin neden olduğu doğrusal olmayan etki, fiber kesitinin etkin alanının uygun şekilde arttırılmasıyla azaltılabileceğinden, iletim için tek modlu fiber yerine birkaç modlu fiberin kullanılması, gücün artırılmasına yönelik bir çözümdür. Ek olarak, doğrusal olmayan etkilere yönelik mevcut en yaygın çözüm, dijital geri yayılım (DBP) algoritmasının kullanılmasıdır, ancak algoritma performansının iyileştirilmesi, hesaplama karmaşıklığında bir artışa yol açacaktır. Son zamanlarda, doğrusal olmayan kompanzasyonda makine öğrenimi teknolojisi araştırması, algoritmanın karmaşıklığını büyük ölçüde azaltan iyi bir uygulama beklentisi göstermiştir, böylece DBP sisteminin tasarımı gelecekte makine öğrenimi tarafından desteklenebilir.
2. Optik amplifikatörün bant genişliğini artırın
Bant genişliğini artırmak EDFA'nın frekans aralığı sınırlamasını aşabilir. C bandı ve L bandına ek olarak S bandı da uygulama aralığına dahil edilebilir ve amplifikasyon için SOA veya Raman amplifikatörü kullanılabilir. Ancak mevcut optik fiberde S-bandı dışındaki frekans bantlarında büyük bir kayıp söz konusudur ve iletim kaybını azaltmak için yeni bir optik fiber türünün tasarlanması gerekmektedir. Ancak bantların geri kalanı için ticari olarak temin edilebilen optik amplifikasyon teknolojisi de bir zorluktur.
3. Düşük iletim kayıplı optik fiber üzerine araştırma
Düşük iletim kayıplı fiber üzerine yapılan araştırmalar bu alandaki en kritik konulardan biridir. İçi boş çekirdekli fiber (HCF), daha düşük iletim kaybı olasılığına sahiptir, bu da fiber iletiminin zaman gecikmesini azaltacak ve fiberin doğrusal olmayan problemini büyük ölçüde ortadan kaldırabilecektir.
4. Uzay bölmeli çoğullama ile ilgili teknolojiler üzerine araştırma
Uzay bölmeli çoğullama teknolojisi, tek bir fiberin kapasitesini artırmak için etkili bir çözümdür. Özellikle iletim için çok çekirdekli optik fiber kullanılır ve tek bir fiberin kapasitesi iki katına çıkarılır. Bu bağlamda temel sorun, daha yüksek verimliliğe sahip bir optik amplifikatörün olup olmadığıdır. aksi takdirde yalnızca birden fazla tek çekirdekli optik fibere eşdeğer olabilir; Doğrusal polarizasyon modunu, faz tekilliğine dayalı OAM ışını ve polarizasyon tekilliğine dayalı silindirik vektör ışınını içeren mod bölmeli çoğullama teknolojisini kullanan bu teknoloji, Işın çoğullaması yeni bir özgürlük derecesi sağlar ve optik iletişim sistemlerinin kapasitesini artırır. Fiber optik iletişim teknolojisinde geniş uygulama olanaklarına sahiptir, ancak ilgili optik amplifikatörler üzerine yapılan araştırmalar da bir zorluktur. Ayrıca diferansiyel mod grup gecikmesi ve çok girişli çok çıkışlı dijital eşitleme teknolojisinden kaynaklanan sistem karmaşıklığının nasıl dengeleneceği de dikkat çekicidir.
Fiber Optik İletişim Teknolojisinin Gelişimine İlişkin Beklentiler
Optik fiber iletişim teknolojisi, başlangıçtaki düşük hızlı iletimden günümüzün yüksek hızlı iletimine kadar gelişerek bilgi toplumunu destekleyen omurga teknolojilerinden biri haline gelmiş, büyük bir disiplin ve sosyal alan oluşturmuştur. Gelecekte, toplumun bilgi aktarımına olan talebi artmaya devam ettikçe, fiber optik iletişim sistemleri ve ağ teknolojileri, ultra büyük kapasiteye, zekaya ve entegrasyona doğru evrilecektir. İletim performansını artırırken maliyetleri düşürmeye, halkın geçimine hizmet etmeye ve ülkenin bilgi oluşturmasına yardımcı olmaya devam edecekler. toplum önemli bir rol oynamaktadır. CeiTa, deprem, sel ve tsunami gibi bölgesel güvenlik uyarılarını tahmin edebilen bir dizi doğal afet organizasyonuyla işbirliği yaptı. Sadece CeiTa'nın ONU'suna bağlanması gerekiyor. Doğal afet meydana geldiğinde deprem istasyonu erken uyarı verecek. ONU Uyarıları altındaki terminal senkronize edilecektir.
(1) Akıllı optik ağ
Kablosuz iletişim sistemi ile karşılaştırıldığında, akıllı optik ağın optik iletişim sistemi ve ağı, ağ konfigürasyonu, ağ bakımı ve arıza teşhisi açısından hala başlangıç aşamasındadır ve zeka derecesi yetersizdir. Tek bir fiberin devasa kapasitesi nedeniyle, herhangi bir fiber arızasının ortaya çıkması ekonomi ve toplum üzerinde büyük bir etkiye sahip olacaktır. Bu nedenle ağ parametrelerinin izlenmesi geleceğin akıllı ağlarının geliştirilmesi açısından oldukça önemlidir. Gelecekte bu açıdan dikkat edilmesi gereken araştırma yönleri şunları içerir: basitleştirilmiş tutarlı teknolojiye ve makine öğrenimine dayalı sistem parametre izleme sistemi, tutarlı sinyal analizine ve faza duyarlı optik zaman alanı yansımasına dayalı fiziksel miktar izleme teknolojisi.
(2) Entegre teknoloji ve sistem
Cihaz entegrasyonunun temel amacı maliyetleri azaltmaktır. Fiber optik iletişim teknolojisinde, sinyallerin kısa mesafeli yüksek hızlı iletimi, sürekli sinyal yenilenmesi yoluyla gerçekleştirilebilmektedir. Ancak faz ve polarizasyon durumu iyileştirme sorunları nedeniyle tutarlı sistemlerin entegrasyonu hala nispeten zordur. Ayrıca büyük ölçekli bir entegre optik-elektrik-optik sistem gerçekleştirilebilirse sistem kapasitesi de önemli ölçüde artacaktır. Bununla birlikte, düşük teknik verimlilik, yüksek karmaşıklık ve entegrasyon zorluğu gibi faktörler nedeniyle, tamamen optik 2R (yeniden amplifikasyon, yeniden şekillendirme), 3R (yeniden amplifikasyon) gibi tüm optik sinyallerin geniş çapta desteklenmesi imkansızdır. , yeniden zamanlama ve yeniden şekillendirme) optik iletişim alanında. işleme teknolojisi. Bu nedenle, entegrasyon teknolojisi ve sistemleri açısından gelecekteki araştırma yönleri aşağıdaki gibidir: Uzay bölmeli çoğullama sistemleri üzerine mevcut araştırmalar nispeten zengin olmasına rağmen, uzay bölmeli çoğullama sistemlerinin temel bileşenleri, akademi ve endüstride henüz teknolojik atılımlar gerçekleştirememiştir. ve daha fazla güçlendirilmesi gerekiyor. Entegre lazerler ve modülatörler, iki boyutlu entegre alıcılar, yüksek enerji verimliliğine sahip entegre optik amplifikatörler vb. gibi araştırmalar; Yeni optik fiber türleri, sistem bant genişliğini önemli ölçüde genişletebilir, ancak kapsamlı performanslarının ve üretim süreçlerinin mevcut tek modlu fiber düzeyine ulaşabilmesini sağlamak için hala daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır; İletişim hattında yeni fiberle kullanılabilecek çeşitli cihazları inceleyin.
(3) Optik iletişim cihazları
Optik iletişim cihazlarında, silikon fotonik cihazların araştırılması ve geliştirilmesinde ilk sonuçlara ulaşılmıştır. Ancak şu anda yurt içi araştırmalar ağırlıklı olarak pasif cihazlara dayanıyor ve aktif cihazlara ilişkin araştırmalar nispeten zayıf. Optik iletişim cihazları açısından gelecekteki araştırma yönleri şunları içerir: aktif cihazlar ve silikon optik cihazların entegrasyon araştırması; III-V malzemelerinin ve alt tabakaların entegrasyon teknolojisine ilişkin araştırmalar gibi silikon olmayan optik cihazların entegrasyon teknolojisine ilişkin araştırmalar; yeni cihaz araştırma ve geliştirmesinin daha da geliştirilmesi. Yüksek hız ve düşük güç tüketimi avantajlarına sahip entegre lityum niyobat optik dalga kılavuzu gibi takip.
Gönderim zamanı: Ağu-03-2023
