Kısa bir süre önce, Zhuhai ve Macao arasındaki Hengqin'in ortak gelişimi için yıl ortası cevap kağıdı yavaş yavaş ortaya çıkıyordu. Sınır ötesi optik fiberlerden biri dikkat çekti. Macao'dan Hengqin'e bilgi işlem gücü bağlantısı ve kaynak paylaşımı gerçekleştirmek ve bir bilgi kanalı oluşturmak için Zhuhai ve Macao'dan geçti. Şanghay ayrıca, sakinler için yüksek kaliteli ekonomik kalkınma ve daha iyi iletişim hizmetleri sağlamak amacıyla "optikten bakıra arka" tüm fiber iletişim ağının yükseltme ve dönüşüm projesini de teşvik ediyor.
İnternet teknolojisinin hızla gelişmesiyle birlikte kullanıcıların internet trafiğine olan talebi her geçen gün artarken, optik fiber iletişiminin kapasitesinin nasıl artırılacağı acil çözülmesi gereken bir sorun haline gelmiştir.
Optik fiber iletişim teknolojisinin ortaya çıkışından bu yana, bilim ve teknoloji ile toplum alanlarında büyük değişiklikler meydana gelmiştir. Lazer teknolojisinin önemli bir uygulaması olarak, optik fiber iletişim teknolojisi tarafından temsil edilen lazer bilgi teknolojisi, modern iletişim ağının çerçevesini oluşturmuş ve bilgi iletiminin önemli bir parçası haline gelmiştir. Optik fiber iletişim teknolojisi, günümüz İnternet dünyasının önemli bir taşıyıcı gücüdür ve aynı zamanda bilgi çağının 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 olarak ortaya çıkmasıyla, bilgi alışverişi ve iletimi konusunda daha yüksek talepler ortaya çıkmaktadır. Cisco tarafından 2019'da yayınlanan araştırma verilerine göre, küresel yıllık IP trafiği 2017'de 1,5 ZB'den (1 ZB = 1021 B) 2022'de %26'lık bir bileşik yıllık büyüme oranıyla 4,8 ZB'ye yükselecektir. Yüksek trafiğin büyüme eğilimiyle karşı karşıya kalan iletişim ağının en omurga parçası olan optik fiber iletişim, yükseltme konusunda muazzam bir baskı altındadır. Yüksek hızlı, büyük kapasiteli optik fiber iletişim sistemleri ve ağları, optik fiber iletişim teknolojisinin ana akım geliştirme yönü olacaktır.
Optik Fiber İletişim Teknolojisinin Gelişim Tarihi ve Araştırma Durumu
İlk yakut lazeri, Arthur Showlow ve Charles Townes'un 1958'de lazerlerin nasıl çalıştığını keşfetmesinin ardından 1960 yılında geliştirildi. Daha sonra, 1970 yılında, oda sıcaklığında sürekli çalışabilen ilk AlGaAs yarı iletken lazeri başarıyla geliştirildi ve 1977'de, yarı iletken lazerin pratik bir ortamda on binlerce saat boyunca sürekli çalışabileceği anlaşıldı.
Lazerler şimdiye kadar ticari optik fiber iletişimi için ön koşullara sahipti. Lazerin icadının başlangıcından itibaren, mucitler iletişim alanında önemli potansiyel uygulamasını fark ettiler. Ancak, lazer iletişim teknolojisinde iki belirgin eksiklik vardır: birincisi, lazer ışınının sapması nedeniyle büyük miktarda enerjinin kaybolacağıdır; diğeri, uygulama ortamından büyük ölçüde etkilenmesidir, örneğin atmosferik ortamda uygulama, hava koşullarındaki değişikliklere önemli ölçüde tabi olacaktır. Bu nedenle, lazer iletişimi için uygun bir optik dalga kılavuzu çok önemlidir.
Fizik Nobel Ödülü sahibi Dr. Kao Kung tarafından önerilen iletişim için kullanılan optik fiber, dalga kılavuzları için lazer iletişim teknolojisinin ihtiyaçlarını karşılar. Cam optik fiberin Rayleigh saçılma kaybının çok düşük olabileceğini (20 dB/km'den az) ve optik fiberdeki güç kaybının esas olarak cam malzemelerdeki safsızlıklar tarafından ışığın emilmesinden kaynaklandığını, bu nedenle malzeme saflaştırmanın optik fiber kaybını azaltmanın anahtarı olduğunu ve ayrıca iyi iletişim performansını korumak için tek modlu iletimi önemli olduğunu belirtti.
1970 yılında, Corning Glass Company, Dr. Kao'nun arıtma önerisine göre yaklaşık 20 dB/km'lik bir kayba sahip kuvars tabanlı çok modlu bir optik fiber geliştirdi ve optik fiberi iletişim iletim ortamları için bir gerçeklik haline getirdi. Sürekli araştırma ve geliştirmeden sonra, kuvars tabanlı optik fiberlerin kaybı teorik sınıra yaklaştı. Şimdiye kadar, optik fiber iletişiminin koşulları tamamen karşılandı.
İlk optik fiber iletişim sistemlerinin hepsi doğrudan algılama alma yöntemini benimsedi. Bu, nispeten basit bir optik fiber iletişim yöntemidir. PD bir kare yasa dedektörüdür ve yalnızca optik sinyalin yoğunluğu algılanabilir. Bu doğrudan algılama alma yöntemi, 1970'lerde optik fiber iletişim teknolojisinin ilk neslinden 1990'ların başına kadar devam etti.
Bant genişliği içerisinde spektrum kullanımını artırmak için iki noktadan başlamamız gerekiyor: birincisi, Shannon sınırına yaklaşacak teknolojiyi kullanmak, ancak spektrum verimliliğindeki artış, telekomünikasyon-gürültü oranına yönelik gereksinimleri artırdığından iletim mesafesini azalttı; diğeri ise fazın tam olarak kullanılmasını sağlamak, polarizasyon durumunun bilgi taşıma kapasitesinin iletim için kullanılması, yani ikinci nesil tutarlı optik iletişim sistemidir.
İkinci nesil tutarlı optik iletişim sistemi, intradin tespiti için bir optik karıştırıcı kullanır ve polarizasyon çeşitliliği alımını benimser, yani alıcı uçta sinyal ışığı ve yerel osilatör ışığı, polarizasyon durumları birbirine ortogonal olan iki ışık huzmesine ayrıştırılır. Bu şekilde, polarizasyona duyarsız alım elde edilebilir. Ayrıca, şu anda, frekans izleme, taşıyıcı faz kurtarma, eşitleme, senkronizasyon, polarizasyon izleme ve alıcı uçtaki demultiplekslemenin tümünün, alıcının donanım tasarımını büyük ölçüde basitleştiren ve sinyal kurtarma yeteneğini geliştiren dijital sinyal işleme (DSP) teknolojisi ile tamamlanabileceği belirtilmelidir.
Optik Fiber İletişim Teknolojisinin Geliştirilmesinde Karşılaşılan Bazı Zorluklar ve Hususlar
Çeşitli teknolojilerin uygulanmasıyla, akademik çevreler ve endüstri temel olarak optik fiber iletişim sisteminin spektral verimliliğinin sınırına ulaşmıştır. İletim kapasitesini artırmaya devam etmek için, bu yalnızca sistem bant genişliği B'yi (doğrusal olarak artan kapasite) artırarak veya sinyal-gürültü oranını artırarak elde edilebilir. Spesifik tartışma aşağıdaki gibidir.
1. İletim gücünü artırma çözümü
Yüksek güç iletimi tarafından oluşturulan doğrusal olmayan etki, fiber kesitinin etkin alanını uygun şekilde artırarak azaltılabildiğinden, iletim için tek modlu fiber yerine birkaç modlu fiber kullanmak gücü artırmak için bir çözümdür. Ek olarak, doğrusal olmayan etkilere karşı şu anda en yaygın çözüm, dijital geri yayılım (DBP) algoritmasını kullanmaktır, ancak algoritma performansının iyileştirilmesi hesaplama karmaşıklığında bir artışa yol açacaktır. Son zamanlarda, doğrusal olmayan telafide makine öğrenimi teknolojisinin araştırılması, algoritmanın karmaşıklığını büyük ölçüde azaltan iyi bir uygulama olasılığı göstermiştir, bu nedenle DBP sisteminin tasarımı gelecekte makine öğrenimi tarafından desteklenebilir.
2. Optik amplifikatörün bant genişliğini artırın
Bant genişliğini artırmak, EDFA'nın frekans aralığının sınırlamasını aşabilir. C-bandı ve L-bandına ek olarak, S-bandı da uygulama aralığına dahil edilebilir ve SOA veya Raman amplifikatörü amplifikasyon için kullanılabilir. Ancak, mevcut optik fiberin S-bandı dışındaki frekans bantlarında büyük bir kaybı vardır ve iletim kaybını azaltmak için yeni bir optik fiber türü tasarlamak gerekir. Ancak, diğer bantlar için ticari olarak temin edilebilen optik amplifikasyon teknolojisi de bir zorluktur.
3. Düşük iletim kaybına sahip optik fiber üzerine araştırma
Düşük iletim kaybına sahip fiber üzerine araştırma yapmak 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 sorununu büyük ölçüde ortadan kaldırabilir.
4. Uzay bölmeli çoğullama ile ilgili teknolojiler üzerine araştırma
Uzay bölmeli çoklama 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 bağlamdaki temel sorun, daha yüksek verimli bir optik amplifikatör olup olmadığıdır. Aksi takdirde, yalnızca birden fazla tek çekirdekli optik fibere eşdeğer olabilir; doğrusal polarizasyon modu, faz tekilliğine dayalı OAM ışını ve polarizasyon tekilliğine dayalı silindirik vektör ışını dahil olmak üzere mod bölmeli çoklama teknolojisi kullanılarak, bu tür bir teknoloji olabilir Işın çoklama, yeni bir serbestlik derecesi sağlar ve optik iletişim sistemlerinin kapasitesini artırır. Optik fiber iletişim teknolojisinde geniş uygulama beklentileri vardır, ancak ilgili optik amplifikatörler üzerindeki araştırma da bir zorluktur. Ayrıca, diferansiyel mod grup gecikmesi ve çoklu giriş çoklu çıkış dijital eşitleme teknolojisinin neden olduğu sistem karmaşıklığının nasıl dengeleneceği de dikkate değerdir.
Optik Fiber İletişim Teknolojisinin Geliştirilmesine Yönelik Beklentiler
Optik fiber iletişim teknolojisi, başlangıçtaki düşük hızlı iletimden günümüzün yüksek hızlı iletimine doğru gelişmiş ve bilgi toplumunu destekleyen omurga teknolojilerinden biri haline gelmiş ve büyük bir disiplin ve sosyal alan oluşturmuştur. Gelecekte, toplumun bilgi iletimi talebi artmaya devam ettikçe, optik fiber iletişim sistemleri ve ağ teknolojileri ultra büyük kapasite, zeka ve entegrasyona doğru evrilecektir. İletim performansını iyileştirirken, maliyetleri düşürmeye ve halkın geçimine hizmet etmeye ve ülkenin bilgi oluşturmasına yardımcı olmaya devam edeceklerdir. toplum önemli bir rol oynamaktadır. CeiTa, deprem, sel ve tsunami gibi bölgesel güvenlik uyarılarını tahmin edebilen bir dizi doğal afet örgütüyle işbirliği yapmıştır. Sadece CeiTa'nın ONU'suna bağlanması gerekir. Bir doğal afet meydana geldiğinde, deprem istasyonu erken uyarı verecektir. ONU Uyarıları altındaki terminal senkronize edilecektir.
(1) Akıllı optik ağ
Kablosuz iletişim sistemiyle karşılaştırıldığında, optik iletişim sistemi ve akıllı optik ağın ağı, ağ yapılandırması, ağ bakımı ve arıza teşhisi açısından hala başlangıç aşamasındadır ve zeka derecesi yetersizdir. Tek bir fiberin muazzam kapasitesi nedeniyle, herhangi bir fiber arızasının meydana gelmesi ekonomi ve toplum üzerinde büyük bir etkiye sahip olacaktır. Bu nedenle, ağ parametrelerinin izlenmesi gelecekteki akıllı ağların geliştirilmesi için çok önemlidir. Gelecekte bu açıdan dikkat edilmesi gereken araştırma yönleri şunlardır: basitleştirilmiş tutarlı teknoloji ve makine öğrenimine dayalı sistem parametresi izleme sistemi, tutarlı sinyal analizi ve faza duyarlı optik zaman alanı yansımasına dayalı fiziksel nicelik izleme teknolojisi.
(2) Entegre teknoloji ve sistem
Cihaz entegrasyonunun temel amacı maliyetleri düşürmektir. Optik fiber iletişim teknolojisinde, sürekli sinyal rejenerasyonu yoluyla kısa mesafeli yüksek hızlı sinyal iletimi gerçekleştirilebilir. Ancak, faz ve polarizasyon durumu kurtarma sorunları nedeniyle, tutarlı sistemlerin entegrasyonu hala nispeten zordur. Ayrıca, büyük ölçekli entegre bir optik-elektrik-optik sistem gerçekleştirilebilirse, sistem kapasitesi de önemli ölçüde iyileştirilecektir. Ancak, düşük teknik verimlilik, yüksek karmaşıklık ve entegrasyon zorluğu gibi faktörler nedeniyle, optik iletişim işleme teknolojisi alanında tüm optik 2R (yeniden yükseltme, yeniden şekillendirme), 3R (yeniden yükseltme, yeniden zamanlama ve yeniden şekillendirme) gibi tüm optik sinyallerin yaygın olarak tanıtılması imkansızdır. Bu nedenle, entegrasyon teknolojisi ve sistemleri açısından, gelecekteki araştırma yönleri aşağıdaki gibidir: Uzay bölmeli çoklama sistemleri üzerindeki mevcut araştırmalar nispeten zengin olsa da, uzay bölmeli çoklama sistemlerinin temel bileşenleri henüz akademi ve endüstride teknolojik atılımlar elde etmemiştir ve daha fazla güçlendirilmesi gerekmektedir. Entegre lazerler ve modülatörler, iki boyutlu entegre alıcılar, yüksek enerji verimliliğine sahip entegre optik amplifikatörler vb. gibi araştırmalar; yeni tip optik fiberler sistem bant genişliğini önemli ölçüde genişletebilir, ancak kapsamlı performanslarının ve üretim süreçlerinin mevcut tek modlu fiber seviyesine ulaşabilmesini sağlamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır; iletişim bağlantısında yeni fiberle birlikte kullanılabilecek çeşitli cihazları inceleyin.
(3) Optik iletişim cihazları
Optik iletişim cihazlarında, silikon fotonik cihazların araştırma ve geliştirmesi ilk sonuçları elde etti. Ancak, şu anda, yerel ilgili araştırmalar esas olarak pasif cihazlara dayanmaktadır ve aktif cihazlar üzerindeki araştırmalar nispeten zayıftır. Optik iletişim cihazları açısından, gelecekteki araştırma yönleri şunları içerir: aktif cihazların ve silikon optik cihazların entegrasyon araştırması; silikon olmayan optik cihazların entegrasyon teknolojisi üzerine araştırma, örneğin III-V malzemeleri ve alt tabakalarının entegrasyon teknolojisi üzerine araştırma; yeni cihaz araştırma ve geliştirmesinin daha da geliştirilmesi. Yüksek hız ve düşük güç tüketimi avantajlarına sahip entegre lityum niyobat optik dalga kılavuzu gibi takip.
Gönderi zamanı: 03-Ağu-2023
