Net lang lyn ûntfolde it antwurdblêd healwei it jier foar de mienskiplike ûntwikkeling fan Hengqin tusken Zhuhai en Macao stadichoan. Ien fan 'e grins-oerstekkende optyske fezels luts de oandacht. It gie troch Zhuhai en Macao om de ûnderlinge ferbining fan kompjûterkrêft en it dielen fan boarnen fan Macao nei Hengqin te realisearjen, en in ynformaasjekanaal te bouwen. Shanghai befoarderet ek it opwurdearjen en transformaasjeprojekt fan it "optysk nei koper werom" folslein glêstriedkommunikaasjenetwurk om ekonomyske ûntwikkeling fan hege kwaliteit en bettere kommunikaasjetsjinsten foar ynwenners te garandearjen.
Mei de rappe ûntwikkeling fan ynternettechnology nimt de fraach fan brûkers nei ynternetferkear dei nei dei ta, en hoe't de kapasiteit fan optyske glêstriedkommunikaasje ferbettere wurde kin, is in driuwend probleem wurden dat oplost wurde moat.
Sûnt it ferskinen fan optyske glêstriedkommunikaasjetechnology hat it grutte feroarings brocht op it mêd fan wittenskip, technology en maatskippij. As in wichtige tapassing fan lasertechnology hat laserynformaasjetechnology, fertsjintwurdige troch optyske glêstriedkommunikaasjetechnology, it ramt boud fan in modern kommunikaasjenetwurk en in wichtich ûnderdiel wurden fan ynformaasje-oerdracht. Optyske glêstriedkommunikaasjetechnology is in wichtige draachkrêft fan 'e hjoeddeiske ynternetwrâld, en it is ek ien fan 'e kearntechnologyen fan it ynformaasjetiidrek.
Mei de trochgeande opkomst fan ferskate opkommende technologyen lykas it Ynternet fan Dingen, grutte gegevens, firtuele realiteit, keunstmjittige yntelliginsje (KI), fyfde generaasje mobile kommunikaasje (5G) en oare technologyen, wurde hegere easken steld oan ynformaasje-útwikseling en -oerdracht. Neffens ûndersyksgegevens dy't Cisco yn 2019 frijjûn hat, sil it wrâldwide jierlikse IP-ferkear tanimme fan 1,5ZB (1ZB=1021B) yn 2017 nei 4,8ZB yn 2022, mei in gearstalde jierlikse groeisnelheid fan 26%. Konfrontearre mei de groeitrend fan hege ferkear, stiet optyske glêstriedkommunikaasje, as it wichtichste ûnderdiel fan it kommunikaasjenetwurk, ûnder enoarme druk om te upgraden. Hege-snelheid, grutte kapasiteit optyske glêstriedkommunikaasjesystemen en netwurken sille de mainstream ûntwikkelingsrjochting wêze fan optyske glêstriedkommunikaasjetechnology.
Untwikkelingsskiednis en ûndersyksstatus fan optyske glêstriedkommunikaasjetechnology
De earste robijnlaser waard ûntwikkele yn 1960, nei de ûntdekking fan hoe't lasers wurkje troch Arthur Showlow en Charles Townes yn 1958. Doe, yn 1970, waard de earste AlGaAs-healgeliederlaser mei súkses ûntwikkele dy't by steat wie om kontinu te wurkjen by keamertemperatuer, en yn 1977 waard realisearre dat de healgeliederlaser tsientûzenen oeren kontinu wurkje koe yn in praktyske omjouwing.
Oant no ta hawwe lasers de betingsten foar kommersjele optyske glêstriedkommunikaasje. Fan it begjin fan 'e útfining fan' e laser erkenden de útfiners syn wichtige potinsjele tapassing op it mêd fan kommunikaasje. D'r binne lykwols twa dúdlike tekoartkommingen yn laserkommunikaasjetechnology: ien is dat in grutte hoemannichte enerzjy ferlern giet troch de diverginsje fan 'e laserstriel; de oare is dat it sterk beynfloede wurdt troch de tapassingsomjouwing, lykas de tapassing yn 'e atmosfearyske omjouwing sil signifikant ûnderwurpen wêze oan feroaringen yn waarsomstannichheden. Dêrom is in gaadlike optyske golflieder tige wichtich foar laserkommunikaasje.
De optyske glêstried dy't brûkt wurdt foar kommunikaasje, foarsteld troch Dr. Kao Kung, de Nobelpriiswinner foar natuerkunde, foldocht oan 'e behoeften fan laserkommunikaasjetechnology foar golflieders. Hy stelde foar dat it Rayleigh-ferspriedingsferlies fan glêstried tige leech wêze kin (minder as 20 dB/km), en it ferlies fan krêft yn optyske glêstried komt benammen troch de opname fan ljocht troch ûnreinheden yn glêsmaterialen, sadat materiaalreiniging de kaai is foar it ferminderjen fan ferlies fan optyske glêstried, en wiisde der ek op dat single-mode-oerdracht wichtich is om goede kommunikaasjeprestaasjes te behâlden.
Yn 1970 ûntwikkele Corning Glass Company in multimode optyske glêstried op basis fan kwarts mei in ferlies fan sawat 20dB/km neffens de suveringsfoarstel fan Dr. Kao, wêrtroch't optyske glêstried in realiteit waard foar kommunikaasje-oerdrachtmedia. Nei trochgeand ûndersyk en ûntwikkeling benadere it ferlies fan optyske glêstrieds op basis fan kwarts de teoretyske limyt. Oant no ta binne de betingsten foar optyske glêstriedkommunikaasje folslein foldien.
Iere kommunikaasjesystemen foar optyske glêstried brûkten allegear de ûntfangstmetoade fan direkte deteksje. Dit is in relatyf ienfâldige kommunikaasjemetoade foar optyske glêstried. PD is in kwadraatwetdetektor, en allinich de yntensiteit fan it optyske sinjaal kin wurde detektearre. Dizze direkte deteksje-ûntfangstmetoade is trochgien fan 'e earste generaasje fan kommunikaasjetechnology foar optyske glêstried yn 'e jierren '70 oant it begjin fan 'e jierren '90.
Om it spektrumgebrûk binnen de bânbreedte te fergrutsjen, moatte wy begjinne mei twa aspekten: ien is it brûken fan technology om de Shannon-limyt te benaderjen, mar de tanimming fan spektrumeffisjinsje hat de easken foar de telekommunikaasje-lûdferhâlding ferhege, wêrtroch de oerdrachtôfstân fermindere wurdt; de oare is om folslein gebrûk te meitsjen fan 'e faze, De ynformaasjedragende kapasiteit fan 'e polarisaasjetastân wurdt brûkt foar oerdracht, dat is it twadde generaasje koherinte optyske kommunikaasjesysteem.
It koherinte optyske kommunikaasjesysteem fan 'e twadde generaasje brûkt in optyske mixer foar intradyne-deteksje, en nimt polarisaasjediversiteitsûntfangst oan, dat wol sizze, oan 'e ûntfangende ein wurde it sinjaalljocht en it lokale oscillatorljocht ûntbûn yn twa ljochtstrielen waans polarisaasjetastannen ortogonaal oan elkoar binne. Op dizze manier kin polarisaasje-ûngefoelige ûntfangst berikt wurde. Derneist moat derop wiisd wurde dat op dit stuit frekwinsjetracking, draachfazeherstel, lykmeitsjen, syngronisaasje, polarisaasjetracking en demultipleksing oan 'e ûntfangende ein allegear foltôge wurde kinne troch digitale sinjaalferwurkingstechnology (DSP), wat it hardware-ûntwerp fan 'e ûntfanger sterk ferienfâldiget en de sinjaalherstelkapasiteit ferbetteret.
Guon útdagings en oerwagings foar de ûntwikkeling fan optyske glêstriedkommunikaasjetechnology
Troch de tapassing fan ferskate technologyen hawwe de akademyske kringen en de yndustry yn prinsipe de limyt berikt fan 'e spektrale effisjinsje fan it optyske glêstriedkommunikaasjesysteem. Om de oerdrachtkapasiteit fierder te fergrutsjen, kin dit allinich berikt wurde troch de systeembânbreedte B te fergrutsjen (lineêr ferheegjende kapasiteit) of de sinjaal-lûdferhâlding te fergrutsjen. De spesifike diskusje is as folget.
1. Oplossing om de stjoerkrêft te fergrutsjen
Omdat it net-lineare effekt feroarsake troch hege-krêft oerdracht kin wurde fermindere troch it effektive gebiet fan 'e glêstrieddrûsdiel goed te fergrutsjen, is it in oplossing om it fermogen te ferheegjen om few-mode glêstried te brûken ynstee fan single-mode glêstried foar oerdracht. Derneist is de op it stuit meast foarkommende oplossing foar net-lineare effekten it brûken fan it digitale backpropagation (DBP) algoritme, mar de ferbettering fan algoritmeprestaasjes sil liede ta in tanimming fan berekkeningskompleksiteit. Koartlyn hat it ûndersyk nei masineleartechnology yn net-lineare kompensaasje in goed tapassingsperspektyf sjen litten, wat de kompleksiteit fan it algoritme sterk ferminderet, sadat it ûntwerp fan DBP-systemen yn 'e takomst holpen wurde kin troch masinelearen.
2. Fergrutsje de bânbreedte fan 'e optyske fersterker
It fergrutsjen fan de bânbreedte kin de beheining fan it frekwinsjeberik fan EDFA trochbrekke. Neist de C-band en L-band kin ek de S-band opnommen wurde yn it tapassingsberik, en de SOA- of Raman-fersterker kin brûkt wurde foar fersterking. De besteande optyske glêstried hat lykwols in grut ferlies yn oare frekwinsjebannen as de S-band, en it is needsaaklik om in nij type optyske glêstried te ûntwerpen om it transmissieferlies te ferminderjen. Mar foar de rest fan 'e bannen is kommersjeel beskikbere optyske fersterkingtechnology ek in útdaging.
3. Undersyk nei optyske glêstried mei leech transmissieferlies
Undersyk nei glêstried mei leech oerdrachtferlies is ien fan 'e wichtichste problemen op dit mêd. Holle kearnfaser (HCF) hat de mooglikheid fan legere oerdrachtferlies, wat de tiidsfertraging fan glêstriedoerdracht sil ferminderje en it net-lineare probleem fan glêstried foar in grut part kin eliminearje.
4. Undersyk nei technologyen relatearre oan romteferdielingsmultipleksing
Romteferdielingsmultiplekstechnology is in effektive oplossing om de kapasiteit fan in inkele glêstried te fergrutsjen. Spesifyk wurdt multi-core optyske glêstried brûkt foar oerdracht, en de kapasiteit fan in inkele glêstried wurdt ferdûbele. De kearnfraach yn dit ferbân is oft d'r in optyske fersterker mei hegere effisjinsje is, oars kin it allinich lykweardich wêze oan meardere single-core optyske glêstrieds; mei help fan modusferdielingsmultiplekstechnology ynklusyf lineêre polarisaasjemodus, OAM-beam basearre op fazesingulariteit en silindryske fektorbeam basearre op polarisaasjesingulariteit, kin sokke technology wêze. Beammultipleksing biedt in nije graad fan frijheid en ferbetteret de kapasiteit fan optyske kommunikaasjesystemen. It hat brede tapassingsperspektiven yn optyske glêstriedkommunikaasjetechnology, mar it ûndersyk nei relatearre optyske fersterkers is ek in útdaging. Derneist is it ek de oandacht wurdich om de systeemkompleksiteit te balansearjen dy't feroarsake wurdt troch differinsjaalmodusgroepfertraging en meardere-ynfier meardere-útfier digitale lykmakkertechnology.
Perspektiven foar de ûntwikkeling fan optyske glêstriedkommunikaasjetechnology
Optyske glêstriedkommunikaasjetechnology hat him ûntwikkele fan 'e earste leechsnelheidsoerdracht nei de hjoeddeiske hegesnelheidsoerdracht, en is ien fan 'e rêchbonketechnologyen wurden dy't de ynformaasjemaatskippij stypje, en hat in enoarme dissipline en sosjaal fjild foarme. Yn 'e takomst, as de fraach fan' e maatskippij nei ynformaasjeoerdracht bliuwt tanimme, sille optyske glêstriedkommunikaasjesystemen en netwurktechnologyen evoluearje nei ultra-grutte kapasiteit, yntelliginsje en yntegraasje. Wylst se de oerdrachtprestaasjes ferbetterje, sille se trochgean mei it ferminderjen fan kosten en it libbensûnderhâld fan 'e minsken tsjinje en it lân helpe by it bouwen fan ynformaasje. De maatskippij spilet in wichtige rol. CeiTa hat gearwurke mei in oantal natuerrampenorganisaasjes, dy't regionale feiligenswarskôgings lykas ierdbevings, oerstreamingen en tsunamis kinne foarsizze. It hoecht allinich ferbûn te wêzen mei de ONU fan CeiTa. As in natuerramp foarkomt, sil it ierdbevingsstasjon in iere warskôging útjaan. De terminal ûnder de ONU Alerts sil syngronisearre wurde.
(1) Intelligent optysk netwurk
Yn ferliking mei it draadloze kommunikaasjesysteem binne it optyske kommunikaasjesysteem en it netwurk fan it yntelliginte optyske netwurk noch yn 'e begjinfaze wat netwurkkonfiguraasje, netwurkûnderhâld en foutdiagnostyk oanbelanget, en de mjitte fan yntelliginsje is net genôch. Fanwegen de enoarme kapasiteit fan in inkele glêstried sil it foarkommen fan elke glêstriedfalen in grutte ynfloed hawwe op 'e ekonomy en maatskippij. Dêrom is it kontrolearjen fan netwurkparameters tige wichtich foar de ûntwikkeling fan takomstige yntelliginte netwurken. De ûndersyksrjochtingen dy't yn 'e takomst omtinken moatte krije yn dit aspekt binne ûnder oaren: systeemparametermonitoringsysteem basearre op ferienfâldige koherinte technology en masinelearen, fysike kwantiteitmonitoringtechnology basearre op koherinte sinjaalanalyse en fazegefoelige optyske tiiddomeinrefleksje.
(2) Yntegreare technology en systeem
It kearndoel fan apparaatyntegraasje is it ferminderjen fan kosten. Yn optyske glêstriedkommunikaasjetechnology kin koarte-ôfstân hege-snelheidsoerdracht fan sinjalen realisearre wurde troch trochgeande sinjaalregeneraasje. Fanwegen de problemen fan faze- en polarisaasjestatusherstel is de yntegraasje fan koherinte systemen lykwols noch relatyf lestich. Derneist, as in grutskalich yntegreare optysk-elektrysk-optysk systeem realisearre wurde kin, sil de systeemkapasiteit ek signifikant ferbettere wurde. Fanwegen faktoaren lykas lege technyske effisjinsje, hege kompleksiteit en muoite mei yntegraasje is it lykwols ûnmooglik om all-optyske sinjalen lykas all-optyske 2R (opnij fersterking, opnij foarmjaan), 3R (opnij fersterking, opnij timing en opnij foarmjaan) breed te befoarderjen op it mêd fan optyske kommunikaasjeferwurkingstechnology. Dêrom, yn termen fan yntegraasjetechnology en systemen, binne de takomstige ûndersyksrjochtingen as folget: Hoewol it besteande ûndersyk nei romteferdielingsmultipleksingsystemen relatyf ryk is, hawwe de kaaikomponinten fan romteferdielingsmultipleksingsystemen noch gjin technologyske trochbraken berikt yn 'e akademy en yndustry, en fierdere fersterking is nedich. Undersyk, lykas yntegreare lasers en modulators, twadiminsjonale yntegreare ûntfangers, yntegreare optyske fersterkers mei hege enerzjy-effisjinsje, ensfh.; nije soarten optyske fezels kinne de systeembânbreedte signifikant útwreidzje, mar fierder ûndersyk is noch nedich om te soargjen dat har wiidweidige prestaasjes en produksjeprosessen it besteande ienige nivo fan modusfaser kinne berikke; bestudearje ferskate apparaten dy't mei de nije glêstried brûkt wurde kinne yn 'e kommunikaasjeferbining.
(3) Optyske kommunikaasjeapparaten
Yn optyske kommunikaasjeapparaten hat it ûndersyk en de ûntwikkeling fan silisiumfotonyske apparaten earste resultaten helle. Op it stuit is húshâldlik ûndersyk lykwols benammen basearre op passive apparaten, en is ûndersyk nei aktive apparaten relatyf swak. Wat optyske kommunikaasjeapparaten oanbelanget, omfetsje de takomstige ûndersyksrjochtingen: yntegraasjeûndersyk fan aktive apparaten en silisiumoptyske apparaten; ûndersyk nei yntegraasjetechnology fan net-silisiumoptyske apparaten, lykas ûndersyk nei yntegraasjetechnology fan III-V-materialen en substraten; fierdere ûntwikkeling fan nij apparaatûndersyk en -ûntwikkeling. Opfolging, lykas yntegreare lithium niobaat optyske golflieder mei de foardielen fan hege snelheid en leech enerzjyferbrûk.
Pleatsingstiid: 3 augustus 2023
