Duela gutxi, Zhuhai eta Macao arteko Hengqin garapen bateratuaren urte erdialdeko erantzunen orria poliki-poliki zabaltzen ari zen. Mugaz gaindiko zuntz optikoetako batek arreta erakarri zuen. Zhuhai eta Macao zeharkatu zituen Macaotik Hengqinera konputazio-potentziaren interkonexioa eta baliabideak partekatzea gauzatzeko, eta informazio-kanal bat eraikitzeko. Shanghaik "optikoa kobrezko atzealdean" zuntz optikoko komunikazio-sarearen hobekuntza eta eraldaketa proiektua ere sustatzen ari da, bizilagunentzako kalitate handiko garapen ekonomikoa eta komunikazio-zerbitzu hobeak bermatzeko.
Interneteko teknologiaren garapen azkarrarekin, erabiltzaileen Interneteko trafikoaren eskaria egunero handitzen ari da, eta zuntz optikoaren komunikazioaren gaitasuna nola hobetu konpondu beharreko premiazko arazo bihurtu da.
Zuntz optikoaren komunikazio-teknologia agertu zenetik, aldaketa handiak ekarri ditu zientzia, teknologia eta gizartearen arloetan. Laser teknologiaren aplikazio garrantzitsu gisa, zuntz optikoaren komunikazio-teknologiak irudikatzen duen laser informazio-teknologiak komunikazio-sare modernoaren egitura eraiki du eta informazio-transmisioaren zati garrantzitsu bihurtu da. Zuntz optikoaren komunikazio-teknologia egungo Interneteko munduaren eragile garrantzitsua da, eta informazio-aroaren oinarrizko teknologietako bat ere bada.
Gauzen Internet, datu handiak, errealitate birtuala, adimen artifiziala (AA), bosgarren belaunaldiko komunikazio mugikorrak (5G) eta beste teknologia batzuk bezalako hainbat teknologia berriren etengabeko agerpenarekin, informazioaren truke eta transmisioari eskakizun handiagoak ezartzen zaizkio. Ciscok 2019an argitaratutako ikerketa-datuen arabera, urteko IP trafiko globala 1,5ZB-tik (1ZB=1021B) 2017an 4,8ZB-ra igoko da 2022an, % 26ko urteko hazkunde-tasa konposatuarekin. Trafiko handiko hazkunde-joeraren aurrean, zuntz optikozko komunikazioa, komunikazio-sarearen bizkarrezurra den aldetik, presio izugarriaren pean dago eguneratzeko. Abiadura handiko eta edukiera handiko zuntz optikozko komunikazio-sistemak eta -sareak izango dira zuntz optikozko komunikazio-teknologiaren garapen-norabide nagusia.
Zuntz optikoaren komunikazio-teknologiaren garapen-historia eta ikerketa-egoera
Lehenengo errubi laserra 1960an garatu zen, Arthur Showlow eta Charles Townes-ek 1958an laserren funtzionamendua aurkitu ondoren. Ondoren, 1970ean, giro-tenperaturan etengabe funtzionatzeko gai zen lehenengo AlGaAs erdieroale laserra garatu zen arrakastaz, eta 1977an, erdieroale laserra ingurune praktiko batean hamar milaka orduz etengabe funtzionatzea lortu zen.
Orain arte, laserrek zuntz optiko bidezko komunikazio komertzialerako aurrebaldintzak dituzte. Laserra asmatu zenetik, asmatzaileek komunikazioaren arloan zuen aplikazio potentzial garrantzitsua aitortu zuten. Hala ere, bi gabezia nabarmen daude laser bidezko komunikazio teknologian: bata, energia kopuru handia galduko dela laser izpiaren dibergentziagatik; bestea, aplikazio inguruneak asko eragiten diola, hala nola, ingurune atmosferikoan aplikazioa eguraldi baldintzen aldaketen menpe egongo dela nabarmen. Beraz, laser bidezko komunikaziorako, oso garrantzitsua da uhin-gida optiko egokia izatea.
Kao Kung doktoreak, fisikako Nobel saridunak, komunikaziorako proposatutako zuntz optikoak uhin-giden laser bidezko komunikazio-teknologiaren beharrak asetzen ditu. Proposatu zuen beirazko zuntz optikoaren Rayleigh sakabanaketa-galera oso baxua izan daitekeela (20 dB/km baino gutxiago), eta zuntz optikoko potentzia-galera batez ere beirazko materialen ezpurutasunek argia xurgatzen dutenetik datorrela, beraz, materialen arazketa da zuntz optikoaren galera murrizteko gakoa, eta adierazi zuen, halaber, modu bakarreko transmisioa garrantzitsua dela komunikazio-errendimendu ona mantentzeko.
1970ean, Corning Glass Company-k kuartzoan oinarritutako zuntz optiko multimodal bat garatu zuen, 20dB/km inguruko galerarekin, Kao doktorearen purifikazio-iradokizunaren arabera, zuntz optikoa komunikazio-transmisio-euskarrietarako errealitate bihurtuz. Ikerketa eta garapen jarraituaren ondoren, kuartzoan oinarritutako zuntz optikoen galerak muga teorikora hurbildu ziren. Orain arte, zuntz optikoaren komunikazioaren baldintzak guztiz bete dira.
Zuntz optikozko komunikazio-sistemek detekzio zuzenaren harrera-metodoa hartu zuten guztiek. Zuntz optikozko komunikazio-metodo nahiko sinplea da hau. PD karratu-legearen detektagailu bat da, eta seinale optikoaren intentsitatea bakarrik detektatu daiteke. Detekzio zuzenaren harrera-metodo hau zuntz optikozko komunikazio-teknologiaren lehen belaunalditik 1970eko hamarkadatik 1990eko hamarkadaren hasierara arte jarraitu du.
Banda-zabaleraren barruan espektroaren erabilera handitzeko, bi alderditatik hasi behar dugu: bata Shannon mugara hurbiltzeko teknologia erabiltzea da, baina espektroaren eraginkortasunaren igoerak telekomunikazio-zarata erlazioaren eskakizunak handitu ditu, eta horrela transmisio-distantzia murriztu; bestea fasea guztiz erabiltzea da, polarizazio-egoeraren informazio-garraioaren gaitasuna transmisiorako erabiltzen da, hau da, bigarren belaunaldiko komunikazio optiko koherentearen sistema.
Bigarren belaunaldiko komunikazio optiko koherentearen sistemak nahasgailu optiko bat erabiltzen du intradinoko detekziorako, eta polarizazio-aniztasuneko harrera hartzen du, hau da, hartzailearen muturrean, seinale-argia eta osziladore lokalaren argia bi argi-izpitan deskonposatzen dira, eta horien polarizazio-egoerak elkarren artean ortogonalak dira. Horrela, polarizazioarekiko sentikortasunik gabeko harrera lor daiteke. Gainera, aipatu behar da une honetan, maiztasunaren jarraipena, eramailearen fasearen berreskurapena, berdintzea, sinkronizazioa, polarizazioaren jarraipena eta demultiplexazioa hartzailearen muturrean seinale digitalen prozesamenduaren (DSP) teknologiaren bidez egin daitezkeela, eta horrek hartzailearen hardwarearen diseinua asko errazten du eta seinalea berreskuratzeko gaitasuna hobetzen du.
Zuntz optikoaren komunikazio-teknologiaren garapenak dituen zenbait erronka eta gogoeta
Hainbat teknologia aplikatuz, zirkulu akademikoek eta industriak zuntz optikozko komunikazio-sistemaren espektro-eraginkortasunaren mugara iritsi dira funtsean. Transmisio-ahalmena handitzen jarraitzeko, sistemaren B banda-zabalera handituz (ahalmena linealki handituz) edo seinale-zarata erlazioa handituz bakarrik lor daiteke. Eztabaida zehatza honako hau da.
1. Transmisio-potentzia handitzeko irtenbidea
Potentzia handiko transmisioak eragindako efektu ez-lineala zuntz-sekzioaren azalera eraginkorra behar bezala handituz murriztu daitekeenez, potentzia handitzeko irtenbide bat da transmisiorako modu bakarreko zuntz baten ordez modu gutxiko zuntz bat erabiltzea. Gainera, efektu ez-linealei aurre egiteko irtenbiderik ohikoena atzeranzko hedapen digitalaren (DBP) algoritmoa erabiltzea da, baina algoritmoaren errendimenduaren hobekuntzak konputazio-konplexutasuna handitzea ekarriko du. Duela gutxi, konpentsazio ez-linealean ikaskuntza automatikoaren teknologiaren ikerketak aplikazio-aukera ona erakutsi du, eta horrek algoritmoaren konplexutasuna asko murrizten du, beraz, DBP sistemaren diseinua ikaskuntza automatikoak lagundu dezake etorkizunean.
2. Anplifikadore optikoaren banda-zabalera handitu
Banda-zabalera handitzeak EDFAren maiztasun-tartearen mugak hautsi ditzake. C bandaz eta L bandaz gain, S banda ere sar daiteke aplikazio-tartean, eta SOA edo Raman anplifikagailua erabil daiteke anplifikaziorako. Hala ere, zuntz optikoak galera handia du S bandaz gain beste maiztasun-bandetan, eta transmisio-galera murrizteko zuntz optiko mota berri bat diseinatu behar da. Baina gainerako banden kasuan, merkataritzan eskuragarri dagoen anplifikazio optikoko teknologia ere erronka bat da.
3. Transmisio-galera txikiko zuntz optikoari buruzko ikerketa
Transmisio-galera txikiko zuntzaren ikerketa arlo honetako gairik kritikoenetako bat da. Nukleo hutseko zuntzak (HCF) transmisio-galera txikiagoa izateko aukera du, eta horrek zuntz-transmisioaren denbora-atzerapena murriztuko du eta zuntzaren arazo ez-lineala neurri handi batean ezabatuko du.
4. Espazio-zatiketa multiplexazioarekin lotutako teknologiei buruzko ikerketa
Espazio-zatiketa multiplexazio teknologia zuntz bakar baten edukiera handitzeko irtenbide eraginkorra da. Zehazki, nukleo anitzeko zuntz optikoa erabiltzen da transmisiorako, eta zuntz bakar baten edukiera bikoizten da. Zentzu honetan, arazo nagusia eraginkortasun handiagoko anplifikadore optiko bat dagoen ala ez da. Bestela, nukleo bakarreko zuntz optiko anitzen baliokidea baino ezin da izan; polarizazio modu lineala, fase singularitatean oinarritutako OAM habea eta polarizazio singularitatean oinarritutako bektore zilindrikoa barne hartzen dituen modu-zatiketa multiplexazio teknologia erabiliz, teknologia horrek habe multiplexazioak askatasun maila berri bat eskaintzen du eta komunikazio sistemen edukiera hobetzen du. Aplikazio aukera zabalak ditu zuntz optikoko komunikazio teknologian, baina erlazionatutako anplifikadore optikoei buruzko ikerketa ere erronka bat da. Horrez gain, arreta merezi du modu diferentzialaren talde atzerapenak eta sarrera anitzeko irteera anitzeko berdinketa digitalaren teknologiak eragindako sistemaren konplexutasuna nola orekatu.
Zuntz Optikoko Komunikazio Teknologiaren Garapenerako Perspektibak
Zuntz optikoaren komunikazio-teknologia hasierako abiadura txikiko transmisiotik egungo abiadura handiko transmisioraino garatu da, eta informazio-gizartea eusten duten oinarrizko teknologietako bat bihurtu da, diziplina eta gizarte-eremu erraldoi bat osatuz. Etorkizunean, gizartearen informazio-transmisioaren eskaria handitzen doan heinean, zuntz optikoaren komunikazio-sistemek eta sare-teknologiek gaitasun ultra-handi, adimen eta integraziorantz eboluzionatuko dute. Transmisio-errendimendua hobetzen duten bitartean, kostuak murrizten jarraituko dute, jendearen bizibideari lagunduko diote eta herrialdeari informazioa eraikitzen lagunduko diote. Gizarteak paper garrantzitsua betetzen du. CeiTa hondamendi naturalen aurkako hainbat erakunderekin lankidetzan aritu da, eta horiek eskualdeko segurtasun-abisuak aurreikus ditzakete, hala nola lurrikarak, uholdeak eta tsunamiak. CeiTa-ren ONUra konektatu besterik ez da behar. Hondamendi natural bat gertatzen denean, lurrikara-estazioak abisu goiztiarra emango du. ONU Alerten azpian dagoen terminala sinkronizatuko da.
(1) Sare optiko adimenduna
Haririk gabeko komunikazio-sistemarekin alderatuta, sare optiko adimendunaren komunikazio-sistema eta sarea oraindik hasierako fasean daude sarearen konfigurazioari, sarearen mantentze-lanei eta akatsen diagnostikoari dagokionez, eta adimen-maila ez da nahikoa. Zuntz bakar baten ahalmen izugarria dela eta, edozein zuntz-akats gertatzeak eragin handia izango du ekonomian eta gizartean. Hori dela eta, sare-parametroen monitorizazioa oso garrantzitsua da etorkizuneko sare adimendunak garatzeko. Etorkizunean alderdi honetan arreta jarri behar diren ikerketa-ildoen artean daude: sistemaren parametroen monitorizazio-sistema, teknologia koherente sinplifikatuan eta ikaskuntza automatikoan oinarritua, seinale koherentearen analisian eta fasearekiko sentikorra den denbora-domeinuko islapen optikoan oinarritutako kantitate fisikoen monitorizazio-teknologia.
(2) Teknologia eta sistema integratuak
Gailuen integrazioaren helburu nagusia kostuak murriztea da. Zuntz optikoaren komunikazio-teknologian, seinaleen distantzia laburreko abiadura handiko transmisioa lor daiteke seinaleen birsorkuntza jarraituaren bidez. Hala ere, fasearen eta polarizazio-egoeraren berreskurapenaren arazoengatik, sistema koherenteen integrazioa nahiko zaila da oraindik. Gainera, eskala handiko sistema optiko-elektriko-optiko integratu bat gauzatzen bada, sistemaren edukiera ere nabarmen hobetuko da. Hala ere, eraginkortasun tekniko baxua, konplexutasun handia eta integrazio-zailtasuna bezalako faktoreengatik, ezinezkoa da seinale optiko guztiak sustatzea, hala nola 2R (berranplifikazioa, bermoldaketa), 3R (berranplifikazioa, berdenborazioa eta bermoldaketa) optiko guztiak komunikazio optikoen prozesatzeko teknologiaren arloan. Beraz, integrazio-teknologiari eta -sistemei dagokienez, etorkizuneko ikerketa-norabideak hauek dira: Espazio-zatiketa multiplexazio-sistemei buruzko ikerketa nahiko aberatsa den arren, espazio-zatiketa multiplexazio-sistemen osagai nagusiek ez dute oraindik aurrerapen teknologikorik lortu akademian eta industrian, eta indartze gehiago behar da. Ikerketak, hala nola laser eta modulatzaile integratuak, bi dimentsioko hargailu integratuak, energia-eraginkortasun handiko anplifikadore optiko integratuak, etab.; zuntz optiko mota berriek sistemaren banda-zabalera nabarmen zabaldu dezakete, baina ikerketa gehiago behar dira oraindik haien errendimendu integrala eta fabrikazio-prozesuek egungo modu bakarreko zuntz mailara irits daitezen ziurtatzeko; aztertu komunikazio-loturan zuntz berriarekin erabil daitezkeen hainbat gailu.
(3) Komunikazio optikoko gailuak
Komunikazio optikoko gailuetan, siliziozko gailu fotonikoen ikerketak eta garapenak hasierako emaitzak lortu ditu. Hala ere, gaur egun, barne-ikerketa batez ere gailu pasiboetan oinarritzen da, eta gailu aktiboei buruzko ikerketa nahiko ahula da. Komunikazio optikoko gailuei dagokienez, etorkizuneko ikerketa-ildoek honako hauek dituzte: gailu aktiboen eta siliziozko gailu optikoen integrazio-ikerketa; siliziozkoak ez diren gailu optikoen integrazio-teknologiari buruzko ikerketa, hala nola III-V materialen eta substratuen integrazio-teknologiari buruzko ikerketa; gailu berrien ikerketa eta garapenaren garapen gehiago. Jarraipena, hala nola, abiadura handiko eta energia-kontsumo txikiko abantailekin litio niobatozko uhin-gida optiko integratua.
Argitaratze data: 2023ko abuztuaren 3a
