Не так давно медленно разворачивался список ответов на середину года по совместному развитию Хэнцинь между Чжухай и Макао. Внимание привлекло одно из трансграничных оптических волокон. Он прошел через Чжухай и Макао, чтобы реализовать соединение вычислительных мощностей и совместное использование ресурсов из Макао в Хэнцинь, а также построить информационный канал. Шанхай также продвигает проект модернизации и преобразования полностью оптоволоконной сети связи «оптическая в медную», чтобы обеспечить высококачественное экономическое развитие и улучшение услуг связи для жителей.
С быстрым развитием интернет-технологий потребность пользователей в интернет-трафике растет с каждым днем, поэтому повышение пропускной способности оптоволоконной связи стало актуальной проблемой, которую необходимо решить.
С момента появления технологии оптоволоконной связи она привела к серьезным изменениям в области науки, техники и общества. Лазерная информационная технология, представленная технологией оптоволоконной связи, является важным применением лазерной технологии и стала основой современной сети связи и стала важной частью передачи информации. Технология оптоволоконной связи является важной движущей силой современного мира Интернета, а также одной из основных технологий информационной эпохи.
С постоянным появлением различных новых технологий, таких как Интернет вещей, большие данные, виртуальная реальность, искусственный интеллект (ИИ), мобильная связь пятого поколения (5G) и других технологий, к обмену и передаче информации предъявляются более высокие требования. Согласно данным исследования, опубликованным Cisco в 2019 году, глобальный годовой IP-трафик увеличится с 1,5 ЗБ (1 ЗБ = 1021 Б) в 2017 году до 4,8 ЗБ в 2022 году, при этом совокупный годовой темп роста составит 26%. Столкнувшись с тенденцией роста высокого трафика, оптоволоконная связь, как самая магистральная часть сети связи, находится под огромным давлением, требующим модернизации. Высокоскоростные системы и сети волоконно-оптической связи большой пропускной способности станут основным направлением развития технологий волоконно-оптической связи.
История развития и статус исследований технологии оптоволоконной связи
Первый рубиновый лазер был разработан в 1960 году после открытия принципа работы лазеров Артуром Шоулоу и Чарльзом Таунсом в 1958 году. Затем, в 1970 году, был успешно разработан первый полупроводниковый лазер AlGaAs, способный непрерывно работать при комнатной температуре, а в 1977 году Было реализовано, что полупроводниковый лазер работает непрерывно в течение десятков тысяч часов на практике.
На данный момент у лазеров есть предпосылки для коммерческой оптоволоконной связи. С самого начала изобретения лазера изобретатели осознавали его важное потенциальное применение в области связи. Однако у технологии лазерной связи есть два очевидных недостатка: во-первых, из-за расхождения лазерного луча будет потеряно большое количество энергии; во-вторых, на него сильно влияет среда приложения, например, приложение в атмосферной среде будет значительно зависеть от изменений погодных условий. Поэтому для лазерной связи очень важен подходящий оптический волновод.
Оптическое волокно, используемое для связи, предложенное доктором Као Кунгом, лауреатом Нобелевской премии по физике, отвечает потребностям технологии лазерной связи для волноводов. Он предположил, что потери рэлеевского рассеяния стеклянного оптического волокна могут быть очень низкими (менее 20 дБ/км), а потери мощности в оптическом волокне в основном происходят из-за поглощения света примесями в стеклянных материалах, поэтому очистка материала является ключевым моментом. к уменьшению потерь в оптическом волокне Ки, а также отметил, что одномодовая передача важна для поддержания хороших характеристик связи.
В 1970 году компания Corning Glass разработала многомодовое оптическое волокно на основе кварца с потерями около 20 дБ/км в соответствии с предложением доктора Као по очистке, что сделало оптическое волокно реальностью для средств передачи связи. После непрерывных исследований и разработок потери оптических волокон на основе кварца приблизились к теоретическому пределу. На сегодняшний день условия оптоволоконной связи полностью удовлетворены.
Все ранние системы оптоволоконной связи использовали метод прямого обнаружения. Это относительно простой метод связи по оптоволоконному кабелю. PD представляет собой детектор квадратичного типа, и можно обнаружить только интенсивность оптического сигнала. Этот метод приема прямого обнаружения использовался с первого поколения технологии оптоволоконной связи в 1970-х до начала 1990-х годов.
Чтобы увеличить использование спектра в пределах полосы пропускания, нам необходимо начать с двух аспектов: первый — использовать технологию, чтобы приблизиться к пределу Шеннона, но повышение эффективности использования спектра привело к увеличению требований к соотношению телекоммуникаций к шуму, тем самым снижая дальность передачи; другой - в полной мере использовать фазу. Для передачи используется информационная емкость состояния поляризации, которая представляет собой когерентную оптическую систему связи второго поколения.
Когерентная оптическая система связи второго поколения использует оптический смеситель для внутридинного обнаружения и принимает прием с разнесением поляризации, то есть на приемном конце световой сигнал и свет гетеродина разлагаются на два луча света, состояния поляризации которых ортогональны. друг другу. Таким образом, может быть достигнут прием, нечувствительный к поляризации. Кроме того, следует отметить, что в настоящее время отслеживание частоты, восстановление фазы несущей, коррекция, синхронизация, отслеживание поляризации и демультиплексирование на приемной стороне могут выполняться с помощью технологии цифровой обработки сигналов (DSP), что значительно упрощает аппаратное обеспечение. конструкция приемника и улучшенные возможности восстановления сигнала.
Некоторые проблемы и соображения, связанные с развитием технологий оптоволоконной связи
Благодаря применению различных технологий академические круги и промышленность в основном достигли предела спектральной эффективности волоконно-оптической системы связи. Продолжать увеличивать пропускную способность передачи можно только за счет увеличения полосы пропускания системы B (линейного увеличения пропускной способности) или увеличения отношения сигнал/шум. Конкретное обсуждение заключается в следующем.
1. Решение по увеличению мощности передачи
Поскольку нелинейный эффект, вызванный передачей высокой мощности, можно уменьшить за счет надлежащего увеличения эффективной площади поперечного сечения волокна, решением для увеличения мощности является использование для передачи маломодового волокна вместо одномодового волокна. Кроме того, на данный момент наиболее распространенным решением нелинейных эффектов является использование алгоритма цифрового обратного распространения ошибки (DBP), но улучшение производительности алгоритма приведет к увеличению вычислительной сложности. Недавно исследование технологии машинного обучения в области нелинейной компенсации показало хорошую перспективу применения, что значительно снижает сложность алгоритма, поэтому в будущем при разработке системы DBP может помочь машинное обучение.
2. Увеличение полосы пропускания оптического усилителя.
Увеличение полосы пропускания может преодолеть ограничение частотного диапазона EDFA. Помимо C-диапазона и L-диапазона, в диапазон применения также может быть включен S-диапазон, а для усиления можно использовать SOA или рамановский усилитель. Однако существующее оптическое волокно имеет большие потери в диапазонах частот, отличных от S-диапазона, и необходимо разработать новый тип оптического волокна, чтобы уменьшить потери при передаче. Но для остальных диапазонов коммерчески доступная технология оптического усиления также представляет собой проблему.
3. Исследование оптического волокна с низкими потерями при передаче.
Исследование оптоволокна с низкими потерями при передаче является одним из наиболее важных вопросов в этой области. Волокно с полой сердцевиной (HCF) имеет возможность снижения потерь при передаче, что уменьшит временную задержку передачи по волокну и может в значительной степени устранить нелинейную проблему волокна.
4. Исследование технологий мультиплексирования с космическим разделением каналов.
Технология пространственного мультиплексирования является эффективным решением для увеличения пропускной способности одного волокна. В частности, для передачи используется многожильное оптическое волокно, а емкость одного волокна удваивается. Основной вопрос в этом отношении заключается в том, существует ли более эффективный оптический усилитель. , в противном случае это может быть эквивалентно только нескольким одножильным оптическим волокнам; Используя технологию мультиплексирования с разделением мод, включая режим линейной поляризации, луч OAM на основе фазовой сингулярности и цилиндрический векторный луч на основе сингулярности поляризации, такая технология может быть Мультиплексирование лучей обеспечивает новую степень свободы и улучшает пропускную способность систем оптической связи. Он имеет широкие перспективы применения в технологии оптоволоконной связи, но исследование соответствующих оптических усилителей также представляет собой сложную задачу. Кроме того, также заслуживает внимания то, как сбалансировать сложность системы, вызванную групповой задержкой дифференциального режима и технологией цифрового выравнивания с несколькими входами и несколькими выходами.
Перспективы развития технологий оптоволоконной связи
Технология оптоволоконной связи развилась от первоначальной низкоскоростной передачи до нынешней высокоскоростной передачи и стала одной из основных технологий, поддерживающих информационное общество, и сформировала огромную дисциплину и социальную сферу. В будущем, когда потребность общества в передаче информации будет продолжать расти, волоконно-оптические системы связи и сетевые технологии будут развиваться в направлении сверхбольшой емкости, интеллекта и интеграции. Улучшая производительность передачи, они будут продолжать снижать затраты, обеспечивать средства к существованию людей и помогать стране создавать информацию. общество играет важную роль. CeiTa сотрудничает с рядом организаций, занимающихся стихийными бедствиями, которые могут прогнозировать региональные предупреждения о безопасности, такие как землетрясения, наводнения и цунами. Его нужно только подключить к ONU CeiTa. При возникновении стихийного бедствия сейсмическая станция оповестит вас заранее. Терминал под оповещениями ONU будет синхронизирован.
(1) Интеллектуальная оптическая сеть
По сравнению с системой беспроводной связи система оптической связи и сеть интеллектуальной оптической сети все еще находятся на начальной стадии с точки зрения конфигурации сети, обслуживания сети и диагностики неисправностей, а уровень интеллекта недостаточен. Из-за огромной пропускной способности одного волокна любой выход из строя волокна будет иметь большое влияние на экономику и общество. Поэтому мониторинг параметров сети очень важен для разработки будущих интеллектуальных сетей. Направления исследований, на которые необходимо обратить внимание в этом аспекте в будущем, включают: систему мониторинга параметров системы на основе упрощенной когерентной технологии и машинного обучения, технологию мониторинга физических величин на основе когерентного анализа сигналов и фазочувствительного оптического отражения во временной области.
(2) Интегрированные технологии и системы
Основная цель интеграции устройств — снижение затрат. В технологии оптоволоконной связи высокоскоростная передача сигналов на короткие расстояния может быть реализована посредством непрерывной регенерации сигнала. Однако из-за проблем восстановления фазового и поляризационного состояния интеграция когерентных систем все еще остается относительно сложной. Кроме того, если будет реализована крупномасштабная интегрированная оптико-электро-оптическая система, производительность системы также будет значительно улучшена. Однако из-за таких факторов, как низкая техническая эффективность, высокая сложность и сложность интеграции, невозможно широко продвигать полностью оптические сигналы, такие как полностью оптические 2R (повторное усиление, изменение формы), 3R (повторное усиление). , изменение времени и изменение формы) в области оптической связи. технология обработки. Таким образом, с точки зрения интеграционных технологий и систем, будущие направления исследований заключаются в следующем: хотя существующие исследования систем космического уплотнения относительно богаты, ключевые компоненты систем пространственного уплотнения еще не достигли технологических прорывов в научных кругах и промышленности. и необходимо дальнейшее укрепление. Исследования, такие как интегральные лазеры и модуляторы, двумерные интегральные приемники, высокоэффективные интегральные оптические усилители и т. д.; новые типы оптических волокон могут значительно расширить полосу пропускания системы, но все еще необходимы дальнейшие исследования, чтобы гарантировать, что их комплексные характеристики и производственные процессы могут достичь существующего уровня единственного модового волокна; изучить различные устройства, которые можно использовать с новым волокном в линии связи.
(3) Оптические устройства связи
В устройствах оптической связи исследования и разработки кремниевых фотонных устройств уже достигли первых результатов. Однако в настоящее время отечественные исследования в основном основаны на пассивных устройствах, а исследования активных устройств относительно слабы. Что касается устройств оптической связи, будущие направления исследований включают: исследование интеграции активных устройств и кремниевых оптических устройств; исследования по технологии интеграции некремниевых оптических устройств, такие как исследования по технологии интеграции материалов и подложек III-V; дальнейшее развитие исследований и разработок новых устройств. Последующие действия, такие как встроенный оптический волновод из ниобата лития с преимуществами высокой скорости и низкого энергопотребления.
Время публикации: 03 августа 2023 г.
