Duela ez asko, Zhuhai eta Macao arteko Hengqin batera garatzeko urte erdiko erantzun orria poliki-poliki zabaltzen ari zen. Mugaz gaindiko zuntz optiko batek arreta erakarri zuen. Zhuhai eta Macaotik igaro zen konputazio potentzia interkonexioa eta baliabideak partekatzea Macaotik Hengqinera eta informazio kanal bat eraikitzeko. Shanghaik zuntz osoko komunikazio-sarearen "kobrezko atzeko optikoa" berritzeko eta eraldatzeko proiektua ere sustatzen du, kalitate handiko garapen ekonomikoa eta bizilagunentzako komunikazio zerbitzu hobeak bermatzeko.
Interneteko teknologiaren garapen azkarrarekin, erabiltzaileen Interneteko trafikoaren eskaria handitzen ari da egunetik egunera, zuntz optikoko komunikazioaren gaitasuna nola hobetu konpondu beharreko arazo larri bihurtu da.
Zuntz optikoko komunikazio-teknologia agertu zenetik, aldaketa handiak ekarri ditu zientziaren eta teknologiaren eta gizartearen alorretan. Laser-teknologiaren aplikazio garrantzitsu gisa, zuntz optikoko komunikazio-teknologiak adierazten duen laser-informazio-teknologiak komunikazio-sare modernoaren esparrua eraiki du eta informazioaren transmisioaren zati garrantzitsu bihurtu da. Zuntz optikoko komunikazio-teknologia Interneteko egungo munduaren euskarri garrantzitsu bat da, eta informazioaren aroko oinarrizko teknologietako bat ere bada.
Sortzen ari diren hainbat teknologiaren etengabeko agerpenarekin, hala nola Gauzen Internet, big data, errealitate birtuala, adimen artifiziala (AI), bosgarren belaunaldiko komunikazio mugikorren (5G) eta beste teknologia batzuk, eskakizun handiagoak jartzen dira informazioa trukatzeko eta transmititzeko. Ciscok 2019an kaleratutako ikerketa datuen arabera, urteko IP trafiko globala 2017an 1,5ZB (1ZB=1021B) izatetik 2022an 4,8ZBra igoko da, urteko %26ko hazkunde-tasa konposatuarekin. Trafiko handiko hazkundearen joeraren aurrean, zuntz optikoko komunikazioa, komunikazio sarearen bizkarrezurra den heinean, presioa izugarria jasaten ari da eguneratzeko. Abiadura handiko eta gaitasun handiko zuntz optikoko komunikazio-sistemak eta sareak izango dira zuntz optikoko komunikazio-teknologiaren garapen-norabide nagusia.
Zuntz optikoko komunikazio teknologiaren garapenaren historia eta ikerketaren egoera
Lehen errubi laserra 1960an garatu zen, Arthur Showlow-ek eta Charles Townes-ek 1958an laserrak nola funtzionatzen zuen aurkitu ondoren. Ondoren, 1970ean, giro-tenperaturan etengabe funtzionatzeko gai den AlGaAs erdieroalearen lehen laserra garatu zen arrakastaz, eta 1977an, laser erdieroalea ingurune praktiko batean etengabe funtzionatzen zuela konturatu zen.
Orain arte, laserrak zuntz optikoko komunikazio komertzialerako aurrebaldintzak dituzte. Laseraren asmakuntzaren hasieratik, asmatzaileek komunikazioaren eremuan duen aplikazio potentzial garrantzitsua aitortu zuten. Dena den, bi gabezia nabariak dira laser bidezko komunikazioaren teknologian: bata, laser izpiaren dibergentziaren ondorioz energia kopuru handia galduko dela; bestea, aplikazio-inguruneak asko eragiten duela da, hala nola, ingurune atmosferikoan aplikazioak eguraldi-baldintzetan aldaketa nabarmenak jasango dituela. Horregatik, laser komunikaziorako, oso garrantzitsua da uhin-gida optiko egokia.
Fisikako Nobel Saria Kao Kung doktoreak proposatutako komunikaziorako erabiltzen den zuntz optikoak uhin-gidak egiteko laser bidezko komunikazio-teknologiaren beharrak asetzen ditu. Berak proposatu zuen beira-zuntz optikoaren Rayleigh-en sakabanatze-galera oso baxua izan daitekeela (20 dB/km baino gutxiago), eta zuntz optikoaren potentzia-galera batez ere beirazko materialen ezpurutasunek argia xurgatzetik datorrela, beraz, materialaren arazketa da gakoa. zuntz optikoaren galera murrizteko Gakoa, eta modu bakarreko transmisioa komunikazio-errendimendu ona mantentzeko garrantzitsua dela adierazi zuen.
1970ean, Corning Glass Company-k kuartzoan oinarritutako modu anitzeko zuntz optiko bat garatu zuen, 20dB/km inguruko galerarekin, Kao doktorearen arazketa-iradokizunaren arabera, zuntz optikoa komunikazio-transmisio-euskarrietarako errealitate bihurtuz. Etengabeko ikerketa eta garapenaren ondoren, kuartzoan oinarritutako zuntz optikoen galera muga teorikora hurbildu zen. Orain arte, zuntz optikoaren komunikazioaren baldintzak guztiz bete dira.
Zuntz optikoko lehen komunikazio-sistema guztiek zuzeneko detekzio-metodoa hartu zuten. Zuntz optikoko komunikazio metodo nahiko sinplea da. PD lege karratuaren detektagailu bat da, eta seinale optikoaren intentsitatea bakarrik detektatu daiteke. Zuzeneko detekzio-jasotzeko metodo honek 1970eko hamarkadan zuntz optikoko komunikazio teknologiaren lehen belaunalditik 1990eko hamarkadaren hasierara arte jarraitu du.
Banda-zabaleraren barruan espektroaren erabilera areagotzeko, bi alderditatik abiatu behar dugu: bata teknologia erabiltzea da Shannon mugara hurbiltzeko, baina espektroaren eraginkortasunaren igoerak telekomunikazio eta zarataren arteko baldintzak areagotu ditu, eta, ondorioz, transmisio distantzia; bestea fasea guztiz aprobetxatzea da, polarizazio-egoeraren informazioa garraiatzeko ahalmena transmisiorako erabiltzen da, hau da, bigarren belaunaldiko komunikazio sistema optiko koherentea.
Bigarren belaunaldiko komunikazio optikoko sistema koherenteak nahastagailu optiko bat erabiltzen du intradina detektatzeko, eta polarizazio aniztasunaren harrera hartzen du, hau da, hartzaileen muturrean, seinale-argia eta tokiko osziladore-argia bi argi-izpitan deskonposatzen dira, zeinen polarizazio-egoerak ortogonalak diren. elkarri. Horrela, polarizazioarekiko sentikortasunik gabeko harrera lor daiteke. Horrez gain, adierazi behar da une honetan, maiztasunaren jarraipena, eramaile-fasea berreskuratzea, berdinketa, sinkronizazioa, polarizazioaren jarraipena eta demultiplexazioa hartzailearen amaieran seinale digitalaren prozesamenduaren (DSP) teknologiaren bidez osatu daitezkeela, hardwarea asko errazten duena. hargailuaren diseinua eta seinalea berreskuratzeko gaitasun hobetua.
Zuntz optikoko komunikazio-teknologiaren garapenari aurre egiteko zenbait erronka eta gogoeta
Hainbat teknologiaren aplikazioaren bidez, zirkulu akademikoak eta industriak, funtsean, zuntz optikoko komunikazio-sistemaren eraginkortasun espektralaren mugara iritsi dira. Transmisio-ahalmena handitzen jarraitzeko, sistemaren B banda-zabalera handituz (ahalmena linealki handituz) edo seinale-zarata erlazioa handituz soilik lor daiteke. Eztabaida zehatza honakoa da.
1. Transmisio-potentzia handitzeko irtenbidea
Potentzia handiko transmisioak eragindako efektu ez-lineala zuntz-etalaren eremu eraginkorra behar bezala handituz murriztu daitekeenez, transmisiorako modu bakarreko zuntzaren ordez modu bakarreko zuntza erabiltzeko potentzia handitzeko irtenbidea da. Gainera, efektu ez-linealetarako gaur egungo irtenbiderik ohikoena atzera-propagazio digitala (DBP) algoritmoa erabiltzea da, baina algoritmoaren errendimendua hobetzeak konplexutasun konputazionala handitzea ekarriko du. Duela gutxi, konpentsazio ez-linealeko ikaskuntza automatikoko teknologiaren ikerketak aplikazio-prospektiba ona erakutsi du, eta horrek algoritmoaren konplexutasuna asko murrizten du, beraz, DBP sistemaren diseinua ikaskuntza automatikoaren bidez lagundu daiteke etorkizunean.
2. Handitu anplifikadore optikoaren banda-zabalera
Banda zabalera handitzeak EDFAren maiztasun-barrutiaren muga hautsi dezake. C-bandaz eta L-bandaz gain, S-banda ere sar daiteke aplikazioen barrutian, eta SOA edo Raman anplifikadorea erabil daiteke anplifikaziorako. Hala ere, dagoen zuntz optikoak galera handia du S-banda ez den maiztasun-bandetan, eta beharrezkoa da zuntz optiko mota berri bat diseinatzea transmisio-galera murrizteko. Baina gainontzeko bandentzat, merkataritzan eskuragarri dagoen anplifikazio optikoko teknologia ere erronka bat da.
3. Transmisio-galera baxuko zuntz optikoari buruzko ikerketa
Transmisio-galera baxuko zuntzaren inguruko ikerketa arlo honetako gai kritikoenetako bat da. Nukleo hutsaren zuntzak (HCF) transmisio-galera txikiagoa izateko aukera du, eta horrek zuntzaren transmisioaren denbora-atzerapena murriztuko du eta zuntzaren arazo ez-lineala ezaba dezake neurri handi batean.
4. Espazio-zatiketaren multiplexazioarekin lotutako teknologien inguruko ikerketa
Espazio-zatiketaren multiplexazio-teknologia irtenbide eraginkorra da zuntz bakar baten ahalmena handitzeko. Zehazki, nukleo anitzeko zuntz optikoa erabiltzen da transmisiorako, eta zuntz bakar baten ahalmena bikoiztu egiten da. Zentzu honetan funtsezko arazoa eraginkortasun handiagoko anplifikadore optikorik dagoen ala ez da. , bestela nukleo bakarreko zuntz optiko anitzen baliokidea izan daiteke soilik; Modu-zatiketa-multiplexazio-teknologia erabiliz, polarizazio lineala modua barne, fase singularitatean oinarritutako OAM habea eta polarizazioaren singularitatean oinarritutako izpi bektorial zilindrikoa, teknologia hori izan daiteke. Zuntz optikoko komunikazioen teknologian aplikaziorako aukera zabalak ditu, baina erlazionatutako anplifikadore optikoei buruzko ikerketa ere erronka bat da. Horrez gain, modu diferentzialaren talde atzerapenek eta sarrera anitzeko irteera anitzeko berdinketa digitalaren teknologiak eragindako sistemaren konplexutasuna nola orekatu ere merezi du.
Zuntz Optikoko Komunikazio Teknologiaren Garapenerako Aurreikuspenak
Zuntz optikoko komunikazio-teknologia hasierako abiadura baxuko transmisiotik gaur egungo abiadura handiko transmisiora garatu da, eta informazio-gizarteari eusten dion bizkarrezurreko teknologietako bat bihurtu da, eta diziplina eta gizarte-eremu erraldoi bat osatu du. Etorkizunean, gizartearen informazio-transmisiorako eskaria handitzen doan heinean, zuntz optikoko komunikazio-sistemek eta sare-teknologiek gaitasun, adimen eta integrazio oso handirantz eboluzionatuko dute. Transmisioaren errendimendua hobetzen duten bitartean, kostuak murrizten eta jendearen bizimodua zerbitzatzen jarraituko dute eta herrialdeari informazioa sortzen lagunduko diote. gizarteak paper garrantzitsua betetzen du. CeiTa hondamendi naturaleko hainbat erakunderekin lankidetzan aritu da, eskualdeko segurtasun abisuak aurreikus ditzakete, hala nola lurrikarak, uholdeak eta tsunamiak. CeiTa-ko ONUra konektatu besterik ez da behar. Hondamendi natural bat gertatzen denean, lurrikararen estazioak abisu goiztiarra emango du. ONU Alertsen azpian dagoen terminala sinkronizatuko da.
(1) Sare optiko adimenduna
Haririk gabeko komunikazio sistemarekin alderatuta, komunikazio optikoko sistema eta sare optiko adimendunaren sarea hasierako fasean daude oraindik sarearen konfigurazioari, sarearen mantentzeari eta akatsen diagnostikoari dagokionez, eta adimen-maila ez da nahikoa. Zuntz bakar baten ahalmen handia dela eta, zuntz hutsegiteren bat gertatzeak eragin handia izango du ekonomian eta gizartean. Hori dela eta, sareko parametroen jarraipena oso garrantzitsua da etorkizuneko sare adimendunen garapenerako. Etorkizunean alderdi honetan arreta jarri behar diren ikerketa-ildoak honako hauek dira: sistema-parametroen monitorizazio-sistema, teknologia koherente sinplifikatuan eta ikaskuntza automatikoan oinarrituta, kantitate fisikoen monitorizazio-teknologia, seinale koherentearen analisian eta fase-sentikorra den denbora-domeinu optikoko islapenean oinarrituta.
(2) Teknologia eta sistema integratua
Gailuaren integrazioaren helburu nagusia kostuak murriztea da. Zuntz optikoko komunikazio teknologian, distantzia laburreko seinaleen abiadura handiko transmisioa seinaleen etengabeko birsorkuntzaren bidez gauzatu daiteke. Hala ere, fase eta polarizazio egoera berreskuratzeko arazoak direla eta, sistema koherenteen integrazioa nahiko zaila da oraindik. Gainera, eskala handiko sistema optiko-elektriko-optiko integratua gauzatzen bada, sistemaren ahalmena ere nabarmen hobetuko da. Hala ere, eraginkortasun tekniko baxua, konplexutasun handia eta integratzeko zailtasuna bezalako faktoreak direla eta, ezinezkoa da seinale optiko guztiak zabaltzea, hala nola 2R optikoa (berriro anplifikazioa, birmoldaketa), 3R (berriro anplifikazioa). , re-timing eta re-shaping) komunikazio optikoen alorrean. prozesatzeko teknologia. Hori dela eta, integrazio-teknologiei eta sistemei dagokienez, etorkizuneko ikerketa-ildoak honako hauek dira: espazio-zatiketaren multiplexazio-sistemei buruz dauden ikerketak nahiko aberatsak diren arren, espazio-zatiketa-multiplexazio-sistemen funtsezko osagaiek ez dute oraindik aurrerapen teknologikorik lortu akademian eta industrian. eta gehiago indartu behar da. Ikerketa, hala nola, laser eta moduladore integratuak, bi dimentsioko hargailu integratuak, eraginkortasun energetiko handiko anplifikadore optiko integratuak, etab.; zuntz optiko mota berriek sistemaren banda-zabalera nabarmen handitu dezakete, baina oraindik ikerketa gehiago behar dira haien errendimendu eta fabrikazio prozesu integralak lehendik dagoen zuntz-modu maila bakarrera irits daitezkeela ziurtatzeko; komunikazio-loturan zuntz berriarekin erabil daitezkeen hainbat gailu aztertzea.
(3) Komunikazio optikoko gailuak
Komunikazio optikoko gailuetan, siliziozko gailu fotonikoen ikerketak eta garapenak hasierako emaitzak lortu ditu. Hala ere, gaur egun, etxeko ikerketa gailu pasiboetan oinarritzen da batez ere, eta gailu aktiboei buruzko ikerketa nahiko ahula da. Komunikazio optikoko gailuei dagokienez, etorkizuneko ikerketa-ildoak honako hauek dira: gailu aktiboen eta siliziozko gailu optikoen integrazioaren ikerketa; Siliziozkoak ez diren gailu optikoen integrazio-teknologiari buruzko ikerketa, hala nola III-V materialen eta substratuen integrazio-teknologiaren inguruko ikerketa; gailu berrien ikerketa eta garapena gehiago garatzea. Jarraipena, hala nola, litio-niobate uhin-gida optikoa integratua abiadura handiko eta potentzia-kontsumo baxuaren abantailekin.
Argitalpenaren ordua: 2023-03-03
