Πριν από λίγο καιρό, το φύλλο απαντήσεων στα μέσα του έτους για την κοινή ανάπτυξη του Hengqin μεταξύ Zhuhai και Μακάο ξετυλίγονταν σιγά σιγά.Μία από τις διασυνοριακές οπτικές ίνες τράβηξε την προσοχή.Πέρασε από το Zhuhai και το Μακάο για να πραγματοποιήσει διασύνδεση υπολογιστικής ισχύος και κοινή χρήση πόρων από το Μακάο στο Hengqin και να δημιουργήσει ένα κανάλι πληροφοριών.Η Σαγκάη προωθεί επίσης το έργο αναβάθμισης και μετασχηματισμού του δικτύου επικοινωνίας εξ ολοκλήρου από ίνες "οπτικής σε πλάτης χαλκού" για να εξασφαλίσει οικονομική ανάπτυξη υψηλής ποιότητας και καλύτερες υπηρεσίες επικοινωνίας για τους κατοίκους.
Με την ταχεία ανάπτυξη της τεχνολογίας του Διαδικτύου, η ζήτηση των χρηστών για κίνηση στο Διαδίκτυο αυξάνεται μέρα με τη μέρα, ο τρόπος βελτίωσης της ικανότητας της επικοινωνίας οπτικών ινών έχει γίνει ένα επείγον πρόβλημα που πρέπει να λυθεί.
Από την εμφάνιση της τεχνολογίας επικοινωνίας οπτικών ινών, έχει επιφέρει σημαντικές αλλαγές στους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας και της κοινωνίας.Ως σημαντική εφαρμογή της τεχνολογίας λέιζερ, η τεχνολογία πληροφοριών λέιζερ που αντιπροσωπεύεται από την τεχνολογία επικοινωνίας οπτικών ινών έχει δημιουργήσει το πλαίσιο του σύγχρονου δικτύου επικοινωνίας και έχει γίνει σημαντικό μέρος της μετάδοσης πληροφοριών.Η τεχνολογία επικοινωνίας οπτικών ινών είναι μια σημαντική φέρουσα δύναμη του σημερινού κόσμου του Διαδικτύου και είναι επίσης μια από τις βασικές τεχνολογίες της εποχής της πληροφορίας.
Με τη συνεχή εμφάνιση διαφόρων αναδυόμενων τεχνολογιών όπως το Διαδίκτυο των Πραγμάτων, τα μεγάλα δεδομένα, η εικονική πραγματικότητα, η τεχνητή νοημοσύνη (AI), οι κινητές επικοινωνίες πέμπτης γενιάς (5G) και άλλες τεχνολογίες, τίθενται υψηλότερες απαιτήσεις στην ανταλλαγή και μετάδοση πληροφοριών.Σύμφωνα με ερευνητικά δεδομένα που δημοσίευσε η Cisco το 2019, η παγκόσμια ετήσια επισκεψιμότητα IP θα αυξηθεί από 1,5 ZB (1ZB=1021B) το 2017 σε 4,8 ZB το 2022, με σύνθετο ετήσιο ρυθμό αύξησης 26%.Αντιμέτωπη με την αυξητική τάση της υψηλής επισκεψιμότητας, η επικοινωνία οπτικών ινών, ως το πιο βασικό τμήμα του δικτύου επικοινωνίας, δέχεται τεράστια πίεση για αναβάθμιση.Τα συστήματα και τα δίκτυα επικοινωνίας οπτικών ινών υψηλής ταχύτητας και μεγάλης χωρητικότητας θα είναι η κύρια κατεύθυνση ανάπτυξης της τεχνολογίας επικοινωνίας οπτικών ινών.
Ιστορικό Ανάπτυξης και Κατάσταση Έρευνας της Τεχνολογίας Επικοινωνίας Οπτικών Ινών
Το πρώτο λέιζερ ρουμπίνι αναπτύχθηκε το 1960, μετά την ανακάλυψη του τρόπου λειτουργίας των λέιζερ από τους Arthur Showlow και Charles Townes το 1958. Στη συνέχεια, το 1970, αναπτύχθηκε με επιτυχία το πρώτο λέιζερ ημιαγωγών AlGaAs ικανό για συνεχή λειτουργία σε θερμοκρασία δωματίου και το 1977, Το λέιζερ ημιαγωγών έγινε αντιληπτό ότι λειτουργεί συνεχώς για δεκάδες χιλιάδες ώρες σε ένα πρακτικό περιβάλλον.
Μέχρι στιγμής, τα λέιζερ έχουν τις προϋποθέσεις για εμπορική επικοινωνία οπτικών ινών.Από την αρχή της εφεύρεσης του λέιζερ, οι εφευρέτες αναγνώρισαν τη σημαντική πιθανή εφαρμογή του στον τομέα της επικοινωνίας.Ωστόσο, υπάρχουν δύο προφανείς ελλείψεις στην τεχνολογία επικοινωνίας με λέιζερ: η μία είναι ότι θα χαθεί μεγάλη ποσότητα ενέργειας λόγω της απόκλισης της δέσμης λέιζερ.το άλλο είναι ότι επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από το περιβάλλον εφαρμογής, όπως η εφαρμογή στο ατμοσφαιρικό περιβάλλον θα υπόκειται σημαντικά σε αλλαγές στις καιρικές συνθήκες.Επομένως, για την επικοινωνία με λέιζερ, ένας κατάλληλος οπτικός κυματοδηγός είναι πολύ σημαντικός.
Η οπτική ίνα που χρησιμοποιείται για την επικοινωνία που προτείνεται από τον Δρ. Kao Kung, τον βραβευμένο με Νόμπελ φυσικής, καλύπτει τις ανάγκες της τεχνολογίας επικοινωνίας λέιζερ για κυματοδηγούς.Πρότεινε ότι η απώλεια σκέδασης Rayleigh της οπτικής ίνας γυαλιού μπορεί να είναι πολύ χαμηλή (λιγότερο από 20 dB/km) και η απώλεια ισχύος στην οπτική ίνα προέρχεται κυρίως από την απορρόφηση του φωτός από ακαθαρσίες σε γυάλινα υλικά, επομένως ο καθαρισμός του υλικού είναι το κλειδί για τη μείωση της απώλειας οπτικών ινών Key, και επίσης επεσήμανε ότι η μετάδοση μονής λειτουργίας είναι σημαντική για τη διατήρηση της καλής απόδοσης επικοινωνίας.
Το 1970, η Corning Glass Company ανέπτυξε μια πολυτροπική οπτική ίνα βασισμένη σε χαλαζία με απώλεια περίπου 20dB/km σύμφωνα με την πρόταση καθαρισμού του Dr. Kao, κάνοντας την οπτική ίνα πραγματικότητα για μέσα μετάδοσης επικοινωνίας.Μετά από συνεχή έρευνα και ανάπτυξη, η απώλεια οπτικών ινών με βάση τον χαλαζία πλησίασε το θεωρητικό όριο.Μέχρι στιγμής, οι συνθήκες επικοινωνίας οπτικών ινών έχουν ικανοποιηθεί πλήρως.
Τα πρώιμα συστήματα επικοινωνίας οπτικών ινών υιοθέτησαν όλα τη μέθοδο λήψης της άμεσης ανίχνευσης.Αυτή είναι μια σχετικά απλή μέθοδος επικοινωνίας οπτικών ινών.Το PD είναι ένας ανιχνευτής τετραγωνικού νόμου και μπορεί να ανιχνευθεί μόνο η ένταση του οπτικού σήματος.Αυτή η μέθοδος λήψης άμεσης ανίχνευσης συνεχίστηκε από την πρώτη γενιά τεχνολογίας επικοινωνίας οπτικών ινών στη δεκαετία του 1970 έως τις αρχές της δεκαετίας του 1990.
Για να αυξήσουμε τη χρήση του φάσματος εντός του εύρους ζώνης, πρέπει να ξεκινήσουμε από δύο πτυχές: η μία είναι να χρησιμοποιήσουμε την τεχνολογία για να προσεγγίσουμε το όριο Shannon, αλλά η αύξηση της απόδοσης του φάσματος έχει αυξήσει τις απαιτήσεις για την αναλογία τηλεπικοινωνιών προς θόρυβο, μειώνοντας έτσι την απόσταση μετάδοσης?Το άλλο είναι να γίνει πλήρης χρήση της φάσης. Η ικανότητα μεταφοράς πληροφοριών της κατάστασης πόλωσης χρησιμοποιείται για μετάδοση, που είναι το συνεκτικό σύστημα οπτικής επικοινωνίας δεύτερης γενιάς.
Το συνεκτικό σύστημα οπτικής επικοινωνίας δεύτερης γενιάς χρησιμοποιεί έναν οπτικό μείκτη για την ανίχνευση intradyne, και υιοθετεί λήψη ποικιλότητας πόλωσης, δηλαδή, στο άκρο λήψης, το φως σήματος και το φως τοπικού ταλαντωτή αποσυντίθενται σε δύο δέσμες φωτός των οποίων οι καταστάσεις πόλωσης είναι ορθογώνιες ο ένας στον άλλον.Με αυτόν τον τρόπο, μπορεί να επιτευχθεί λήψη χωρίς πόλωση.Επιπλέον, πρέπει να σημειωθεί ότι αυτή τη στιγμή, η παρακολούθηση συχνότητας, η ανάκτηση φάσης φορέα, η εξισορρόπηση, ο συγχρονισμός, η παρακολούθηση πόλωσης και η αποπολυπλέξη στο άκρο λήψης μπορούν όλα να ολοκληρωθούν με την τεχνολογία επεξεργασίας ψηφιακού σήματος (DSP), η οποία απλοποιεί σημαντικά το υλικό σχεδιασμός του δέκτη και βελτιωμένη ικανότητα ανάκτησης σήματος.
Μερικές προκλήσεις και ζητήματα που αντιμετωπίζει η ανάπτυξη της τεχνολογίας επικοινωνίας οπτικών ινών
Μέσω της εφαρμογής διαφόρων τεχνολογιών, οι ακαδημαϊκοί κύκλοι και η βιομηχανία έχουν ουσιαστικά φτάσει στο όριο της φασματικής απόδοσης του συστήματος επικοινωνίας οπτικών ινών.Για να συνεχιστεί η αύξηση της χωρητικότητας μετάδοσης, μπορεί να επιτευχθεί μόνο με την αύξηση του εύρους ζώνης του συστήματος B (γραμμική αύξηση της χωρητικότητας) ή την αύξηση του λόγου σήματος προς θόρυβο.Η συγκεκριμένη συζήτηση έχει ως εξής.
1. Λύση για την αύξηση της ισχύος μετάδοσης
Δεδομένου ότι το μη γραμμικό αποτέλεσμα που προκαλείται από τη μετάδοση υψηλής ισχύος μπορεί να μειωθεί αυξάνοντας σωστά την αποτελεσματική περιοχή της διατομής της ίνας, είναι μια λύση για την αύξηση της ισχύος για τη χρήση ίνας λίγων τρόπων αντί για ίνα μονής λειτουργίας για μετάδοση.Επιπλέον, η τρέχουσα πιο κοινή λύση για τα μη γραμμικά εφέ είναι η χρήση του αλγόριθμου ψηφιακής οπίσθιας διάδοσης (DBP), αλλά η βελτίωση της απόδοσης του αλγορίθμου θα οδηγήσει σε αύξηση της υπολογιστικής πολυπλοκότητας.Πρόσφατα, η έρευνα της τεχνολογίας μηχανικής μάθησης σε μη γραμμική αντιστάθμιση έδειξε μια καλή προοπτική εφαρμογής, η οποία μειώνει σημαντικά την πολυπλοκότητα του αλγορίθμου, επομένως ο σχεδιασμός του συστήματος DBP μπορεί να υποστηριχθεί από τη μηχανική μάθηση στο μέλλον.
2. Αυξήστε το εύρος ζώνης του οπτικού ενισχυτή
Η αύξηση του εύρους ζώνης μπορεί να ξεπεράσει τον περιορισμό του εύρους συχνοτήτων του EDFA.Εκτός από τη ζώνη C και τη ζώνη L, η ζώνη S μπορεί επίσης να συμπεριληφθεί στην περιοχή εφαρμογής και ο ενισχυτής SOA ή Raman μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ενίσχυση.Ωστόσο, η υπάρχουσα οπτική ίνα έχει μεγάλη απώλεια σε ζώνες συχνοτήτων εκτός της ζώνης S, και είναι απαραίτητο να σχεδιαστεί ένας νέος τύπος οπτικής ίνας για τη μείωση της απώλειας μετάδοσης.Αλλά για τις υπόλοιπες ζώνες, η εμπορικά διαθέσιμη τεχνολογία οπτικής ενίσχυσης είναι επίσης μια πρόκληση.
3. Έρευνα σχετικά με την οπτική ίνα χαμηλής απώλειας μετάδοσης
Η έρευνα σχετικά με τις ίνες χαμηλής απώλειας μετάδοσης είναι ένα από τα πιο κρίσιμα ζητήματα σε αυτόν τον τομέα.Η ίνα κοίλου πυρήνα (HCF) έχει τη δυνατότητα μικρότερης απώλειας μετάδοσης, η οποία θα μειώσει τη χρονική καθυστέρηση της μετάδοσης των ινών και μπορεί να εξαλείψει το μη γραμμικό πρόβλημα της ίνας σε μεγάλο βαθμό.
4. Έρευνα για τεχνολογίες που σχετίζονται με την πολυπλεξία διαίρεσης του διαστήματος
Η τεχνολογία πολυπλεξίας διαίρεσης χώρου είναι μια αποτελεσματική λύση για την αύξηση της χωρητικότητας μιας μεμονωμένης ίνας.Συγκεκριμένα, για τη μετάδοση χρησιμοποιείται πολυπύρηνη οπτική ίνα και η χωρητικότητα μιας μεμονωμένης ίνας διπλασιάζεται.Το βασικό ζήτημα από αυτή την άποψη είναι εάν υπάρχει οπτικός ενισχυτής υψηλότερης απόδοσης., διαφορετικά μπορεί να είναι ισοδύναμο μόνο με πολλαπλές μονοπύρηνες οπτικές ίνες.χρησιμοποιώντας τεχνολογία πολυπλεξίας τρόπου διαίρεσης, συμπεριλαμβανομένης της λειτουργίας γραμμικής πόλωσης, δέσμης OAM με βάση τη μοναδικότητα φάσης και κυλινδρικής διανυσματικής δέσμης με βάση την ιδιομορφία πόλωσης, τέτοια τεχνολογία μπορεί να είναι Η πολυπλεξία δέσμης παρέχει νέο βαθμό ελευθερίας και βελτιώνει την ικανότητα των συστημάτων οπτικής επικοινωνίας.Έχει ευρείες προοπτικές εφαρμογής στην τεχνολογία επικοινωνίας οπτικών ινών, αλλά η έρευνα σε σχετικούς οπτικούς ενισχυτές είναι επίσης μια πρόκληση.Επιπλέον, αξίζει επίσης προσοχής ο τρόπος εξισορρόπησης της πολυπλοκότητας του συστήματος που προκαλείται από την καθυστέρηση της ομάδας διαφορικής λειτουργίας και την τεχνολογία ψηφιακής εξισορρόπησης πολλαπλών εισόδων πολλαπλών εισόδων.
Προοπτικές Ανάπτυξης Τεχνολογίας Επικοινωνίας Οπτικών Ινών
Η τεχνολογία επικοινωνίας οπτικών ινών αναπτύχθηκε από την αρχική μετάδοση χαμηλής ταχύτητας έως την τρέχουσα μετάδοση υψηλής ταχύτητας και έχει γίνει μία από τις τεχνολογίες κορμού που υποστηρίζουν την κοινωνία της πληροφορίας και έχει διαμορφώσει έναν τεράστιο κλάδο και κοινωνικό πεδίο.Στο μέλλον, καθώς η ζήτηση της κοινωνίας για μετάδοση πληροφοριών συνεχίζει να αυξάνεται, τα συστήματα επικοινωνίας οπτικών ινών και οι τεχνολογίες δικτύου θα εξελιχθούν προς εξαιρετικά μεγάλη χωρητικότητα, ευφυΐα και ενοποίηση.Ενώ βελτιώνουν τις επιδόσεις μετάδοσης, θα συνεχίσουν να μειώνουν το κόστος και να εξυπηρετούν τα προς το ζην των ανθρώπων και να βοηθούν τη χώρα να δημιουργήσει πληροφορίες.η κοινωνία παίζει σημαντικό ρόλο.Η CeiTa έχει συνεργαστεί με έναν αριθμό οργανισμών φυσικών καταστροφών, οι οποίοι μπορούν να προβλέψουν περιφερειακές προειδοποιήσεις ασφάλειας, όπως σεισμούς, πλημμύρες και τσουνάμι.Χρειάζεται μόνο να συνδεθεί στο ONU της CeiTa.Όταν συμβεί μια φυσική καταστροφή, ο σεισμός θα εκδώσει έγκαιρη προειδοποίηση.Το τερματικό κάτω από τις ειδοποιήσεις ONU θα συγχρονιστεί.
(1) Ευφυές οπτικό δίκτυο
Σε σύγκριση με το σύστημα ασύρματης επικοινωνίας, το σύστημα οπτικής επικοινωνίας και το δίκτυο του ευφυούς οπτικού δικτύου βρίσκονται ακόμη στο αρχικό στάδιο όσον αφορά τη διαμόρφωση του δικτύου, τη συντήρηση του δικτύου και τη διάγνωση σφαλμάτων και ο βαθμός ευφυΐας είναι ανεπαρκής.Λόγω της τεράστιας χωρητικότητας μιας μόνο ίνας, η εμφάνιση οποιασδήποτε αστοχίας ίνας θα έχει μεγάλο αντίκτυπο στην οικονομία και την κοινωνία.Ως εκ τούτου, η παρακολούθηση των παραμέτρων του δικτύου είναι πολύ σημαντική για την ανάπτυξη μελλοντικών ευφυών δικτύων.Οι ερευνητικές κατευθύνσεις που πρέπει να δοθεί προσοχή σε αυτήν την πτυχή στο μέλλον περιλαμβάνουν: σύστημα παρακολούθησης παραμέτρων συστήματος που βασίζεται σε απλοποιημένη συνεκτική τεχνολογία και μηχανική μάθηση, τεχνολογία παρακολούθησης φυσικής ποσότητας βασισμένη σε συνεκτική ανάλυση σήματος και ανάκλαση οπτικού πεδίου χρόνου με ευαισθησία φάσης.
(2) Ολοκληρωμένη τεχνολογία και σύστημα
Ο βασικός σκοπός της ενοποίησης συσκευών είναι η μείωση του κόστους.Στην τεχνολογία επικοινωνίας οπτικών ινών, η μετάδοση σημάτων υψηλής ταχύτητας σε μικρές αποστάσεις μπορεί να πραγματοποιηθεί μέσω συνεχούς αναγέννησης σήματος.Ωστόσο, λόγω των προβλημάτων της ανάκτησης της κατάστασης φάσης και πόλωσης, η ενσωμάτωση συνεκτικών συστημάτων εξακολουθεί να είναι σχετικά δύσκολη.Επιπλέον, εάν μπορεί να υλοποιηθεί ένα ολοκληρωμένο οπτικο-ηλεκτρικό-οπτικό σύστημα μεγάλης κλίμακας, η χωρητικότητα του συστήματος θα βελτιωθεί επίσης σημαντικά.Ωστόσο, λόγω παραγόντων όπως η χαμηλή τεχνική απόδοση, η υψηλή πολυπλοκότητα και η δυσκολία ενσωμάτωσης, είναι αδύνατη η ευρεία προώθηση όλων των οπτικών σημάτων όπως το all-optical 2R (re-amplification, re-shaping), 3R (re-amplification) , επαναχρονισμός και αναμόρφωση) στον τομέα των οπτικών επικοινωνιών.τεχνολογία επεξεργασίας.Ως εκ τούτου, όσον αφορά την τεχνολογία και τα συστήματα ολοκλήρωσης, οι μελλοντικές ερευνητικές κατευθύνσεις είναι οι εξής: Παρόλο που η υπάρχουσα έρευνα για τα συστήματα πολυπλεξίας διαίρεσης διαστήματος είναι σχετικά πλούσια, τα βασικά στοιχεία των συστημάτων πολυπλεξίας διαίρεσης χώρου δεν έχουν ακόμη επιτύχει τεχνολογικές ανακαλύψεις στον ακαδημαϊκό χώρο και τη βιομηχανία. και χρειάζεται περαιτέρω ενίσχυση.Έρευνα, όπως ενσωματωμένα λέιζερ και διαμορφωτές, δισδιάστατοι ενσωματωμένοι δέκτες, ενσωματωμένοι οπτικοί ενισχυτές υψηλής ενεργειακής απόδοσης, κ.λπ.νέοι τύποι οπτικών ινών μπορεί να επεκτείνουν σημαντικά το εύρος ζώνης του συστήματος, αλλά χρειάζεται περαιτέρω έρευνα για να διασφαλιστεί ότι οι ολοκληρωμένες διαδικασίες απόδοσης και κατασκευής τους μπορούν να φτάσουν στο υπάρχον επίπεδο ίνας λειτουργίας.μελετήστε διάφορες συσκευές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν με τη νέα ίνα στη σύνδεση επικοινωνίας.
(3) Συσκευές οπτικής επικοινωνίας
Στις συσκευές οπτικής επικοινωνίας, η έρευνα και η ανάπτυξη φωτονικών συσκευών πυριτίου έχει επιτύχει αρχικά αποτελέσματα.Ωστόσο, επί του παρόντος, η σχετική εγχώρια έρευνα βασίζεται κυρίως σε παθητικές συσκευές και η έρευνα για ενεργές συσκευές είναι σχετικά αδύναμη.Όσον αφορά τις συσκευές οπτικής επικοινωνίας, οι μελλοντικές κατευθύνσεις έρευνας περιλαμβάνουν: έρευνα ολοκλήρωσης ενεργών συσκευών και οπτικών συσκευών πυριτίου.έρευνα για την τεχνολογία ενσωμάτωσης οπτικών συσκευών χωρίς πυρίτιο, όπως έρευνα για την τεχνολογία ενσωμάτωσης υλικών και υποστρωμάτων III-V·περαιτέρω ανάπτυξη έρευνας και ανάπτυξης νέων συσκευών.Παρακολούθηση, όπως ο ενσωματωμένος οπτικός κυματοδηγός νιοβάτη λιθίου με τα πλεονεκτήματα της υψηλής ταχύτητας και της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας.
Ώρα δημοσίευσης: Αυγ-03-2023
