For ikke så længe siden var halvårssvarsedlen for den fælles udvikling af Hengqin mellem Zhuhai og Macao langsomt ved at udfolde sig. En af de grænseoverskridende optiske fibre vakte opmærksomhed. Det gik gennem Zhuhai og Macao for at realisere sammenkobling af computerkraft og ressourcedeling fra Macao til Hengqin og bygge en informationskanal. Shanghai fremmer også opgraderings- og transformationsprojektet af det "optiske til kobberbagside" fiberkommunikationsnetværk for at sikre økonomisk udvikling af høj kvalitet og bedre kommunikationstjenester for beboerne.
Med den hurtige udvikling af internetteknologi stiger brugernes efterspørgsel efter internettrafik dag for dag, hvordan man kan forbedre kapaciteten af optisk fiberkommunikation er blevet et presserende problem, der skal løses.
Siden fremkomsten af optisk fiberkommunikationsteknologi har det medført store ændringer inden for videnskab og teknologi og samfund. Som en vigtig anvendelse af laserteknologi har laserinformationsteknologi repræsenteret ved optisk fiberkommunikationsteknologi bygget rammerne for moderne kommunikationsnetværk og blevet en vigtig del af informationstransmission. Optisk fiberkommunikationsteknologi er en vigtig bærekraft i den nuværende internetverden, og den er også en af informationsalderens kerneteknologier.
Med den kontinuerlige fremkomst af forskellige nye teknologier såsom Internet of Things, big data, virtual reality, kunstig intelligens (AI), femte generations mobilkommunikation (5G) og andre teknologier, stilles der højere krav til informationsudveksling og transmission. Ifølge forskningsdata udgivet af Cisco i 2019 vil den globale årlige IP-trafik stige fra 1,5ZB (1ZB=1021B) i 2017 til 4,8ZB i 2022 med en sammensat årlig vækstrate på 26%. Stillet over for væksttendensen med høj trafik er optisk fiberkommunikation, som den mest rygrad i kommunikationsnetværket, under et enormt pres for at opgradere. Højhastigheds-, optiske fiberkommunikationssystemer og -netværk med stor kapacitet vil være den almindelige udviklingsretning for optisk fiberkommunikationsteknologi.
Udviklingshistorie og forskningsstatus for optisk fiberkommunikationsteknologi
Den første rubinlaser blev udviklet i 1960 efter opdagelsen af, hvordan lasere virker af Arthur Showlow og Charles Townes i 1958. Derefter, i 1970, blev den første AlGaAs halvlederlaser, der var i stand til kontinuerlig drift ved stuetemperatur, med succes udviklet, og i 1977, halvlederlaseren blev realiseret til at arbejde kontinuerligt i titusindvis af timer i et praktisk miljø.
Indtil videre har lasere forudsætningerne for kommerciel optisk fiberkommunikation. Fra begyndelsen af laserens opfindelse anerkendte opfinderne dens vigtige potentielle anvendelse inden for kommunikation. Der er dog to åbenlyse mangler ved laserkommunikationsteknologi: Den ene er, at en stor mængde energi vil gå tabt på grund af laserstrålens divergens; den anden er, at den i høj grad påvirkes af applikationsmiljøet, som f.eks. applikationen i det atmosfæriske miljø vil være væsentligt genstand for ændringer i vejrforholdene. Derfor er en passende optisk bølgeleder meget vigtig for laserkommunikation.
Den optiske fiber, der bruges til kommunikation, foreslået af Dr. Kao Kung, nobelprisvinderen i fysik, opfylder behovene for laserkommunikationsteknologi til bølgeledere. Han foreslog, at Rayleigh-spredningstabet af glasoptisk fiber kan være meget lavt (mindre end 20 dB/km), og effekttabet i optisk fiber kommer hovedsageligt fra absorption af lys af urenheder i glasmaterialer, så materialerensning er nøglen til at reducere optisk fiber tab Key, og påpegede også, at single-mode transmission er vigtig for at opretholde en god kommunikationsydelse.
I 1970 udviklede Corning Glass Company en kvartsbaseret multimode optisk fiber med et tab på omkring 20dB/km i henhold til Dr. Kaos rensningsforslag, hvilket gjorde optisk fiber til en realitet for kommunikationstransmissionsmedier. Efter kontinuerlig forskning og udvikling nærmede tabet af kvartsbaserede optiske fibre den teoretiske grænse. Indtil videre er betingelserne for optisk fiberkommunikation fuldt ud opfyldt.
Tidlige optiske fiberkommunikationssystemer vedtog alle modtagemetoden til direkte detektion. Dette er en forholdsvis enkel optisk fiberkommunikationsmetode. PD er en kvadratisk lovdetektor, og kun intensiteten af det optiske signal kan detekteres. Denne direkte detektionsmodtagemetode er fortsat fra den første generation af optisk fiberkommunikationsteknologi i 1970'erne til begyndelsen af 1990'erne.
For at øge spektrumudnyttelsen inden for båndbredden skal vi tage udgangspunkt i to aspekter: det ene er at bruge teknologi til at nærme sig Shannon-grænsen, men stigningen i spektrumeffektiviteten har øget kravene til forholdet mellem telekommunikation og støj og derved reduceret transmission afstand; den anden er at gøre fuld brug af fasen. Polarisationstilstandens informationsbærende kapacitet bruges til transmission, som er anden generation af sammenhængende optisk kommunikationssystem.
Andengenerations kohærent optisk kommunikationssystem bruger en optisk mixer til intradyne-detektering og vedtager polarisationsdiversitetsmodtagelse, det vil sige i den modtagende ende dekomponeres signallyset og lokaloscillatorlyset i to lysstråler, hvis polarisationstilstande er ortogonale til hinanden. På denne måde kan der opnås polarisationsufølsom modtagelse. Derudover skal det påpeges, at på nuværende tidspunkt kan frekvenssporing, bærebølgefasegendannelse, udligning, synkronisering, polarisationssporing og demultipleksing i modtagerenden alle udføres af digital signalbehandlingsteknologi (DSP), hvilket i høj grad forenkler hardwaren. design af modtageren og forbedret signalgendannelsesevne.
Nogle udfordringer og overvejelser i forbindelse med udviklingen af optisk fiberkommunikationsteknologi
Gennem anvendelsen af forskellige teknologier har de akademiske kredse og industrien stort set nået grænsen for den spektrale effektivitet af det optiske fiberkommunikationssystem. For at fortsætte med at øge transmissionskapaciteten kan det kun opnås ved at øge systembåndbredden B (lineært stigende kapacitet) eller øge signal-støjforholdet. Den specifikke diskussion er som følger.
1. Løsning til at øge sendeeffekten
Da den ikke-lineære effekt forårsaget af højeffekttransmission kan reduceres ved korrekt at øge det effektive areal af fibertværsnittet, er det en løsning at øge effekten til at bruge få-mode fiber i stedet for single-mode fiber til transmission. Derudover er den nuværende mest almindelige løsning på ikke-lineære effekter at bruge digital backpropagation (DBP) algoritmen, men forbedringen af algoritmens ydeevne vil føre til en stigning i beregningsmæssig kompleksitet. For nylig har forskningen i maskinlæringsteknologi i ikke-lineær kompensation vist en god applikationsudsigt, hvilket i høj grad reducerer kompleksiteten af algoritmen, så designet af DBP-systemet kan blive assisteret af maskinlæring i fremtiden.
2. Forøg båndbredden på den optiske forstærker
Forøgelse af båndbredden kan bryde gennem begrænsningen af frekvensområdet for EDFA. Udover C-båndet og L-båndet kan S-båndet også indgå i anvendelsesområdet, og SOA- eller Raman-forstærkeren kan bruges til forstærkning. Den eksisterende optiske fiber har dog et stort tab i andre frekvensbånd end S-båndet, og det er nødvendigt at designe en ny type optisk fiber for at reducere transmissionstabet. Men for resten af båndene er kommercielt tilgængelig optisk forstærkningsteknologi også en udfordring.
3. Forskning i optisk fiber med lavt transmissionstab
Forskning i fiber med lavt transmissionstab er et af de mest kritiske spørgsmål på dette område. Hollow core fiber (HCF) har mulighed for lavere transmissionstab, hvilket vil reducere tidsforsinkelsen af fibertransmission og i vid udstrækning kan eliminere det ikke-lineære problem med fiber.
4. Forskning i rumdelingsmultipleksing relaterede teknologier
Space-division multiplexing teknologi er en effektiv løsning til at øge kapaciteten af en enkelt fiber. Specifikt bruges multi-core optisk fiber til transmission, og kapaciteten af en enkelt fiber fordobles. Det centrale spørgsmål i denne forbindelse er, om der er en optisk forstærker med højere effektivitet. , ellers kan det kun være ækvivalent med flere enkeltkernede optiske fibre; ved hjælp af mode-division multiplexing-teknologi, herunder lineær polariseringstilstand, OAM-stråle baseret på fasesingularitet og cylindrisk vektorstråle baseret på polarisationssingularitet, kan en sådan teknologi Beam-multipleksing giver en ny grad af frihed og forbedrer kapaciteten af optiske kommunikationssystemer. Det har brede anvendelsesmuligheder inden for optisk fiberkommunikationsteknologi, men forskningen i relaterede optiske forstærkere er også en udfordring. Hertil kommer, hvordan man afbalancerer systemets kompleksitet forårsaget af differential mode gruppe forsinkelse og multi-input multi-output digital udligningsteknologi er også værd at opmærksomhed.
Udsigter for udvikling af optisk fiberkommunikationsteknologi
Optisk fiberkommunikationsteknologi har udviklet sig fra den indledende lavhastighedstransmission til den nuværende højhastighedstransmission og er blevet en af rygradsteknologierne, der understøtter informationssamfundet, og har dannet en enorm disciplin og socialt område. I fremtiden, efterhånden som samfundets efterspørgsel efter informationstransmission fortsætter med at stige, vil optiske fiberkommunikationssystemer og netværksteknologier udvikle sig i retning af ultra-stor kapacitet, intelligens og integration. Mens de forbedrer transmissionsydelsen, vil de fortsætte med at reducere omkostningerne og tjene befolkningens levebrød og hjælpe landet med at opbygge information. samfundet spiller en vigtig rolle. CeiTa har samarbejdet med en række naturkatastroferorganisationer, som kan forudsige regionale sikkerhedsadvarsler såsom jordskælv, oversvømmelser og tsunamier. Det behøver kun at være forbundet til ONU'en af CeiTa. Når der opstår en naturkatastrofe, vil jordskælvsstationen udsende en tidlig advarsel. Terminalen under ONU Alerts vil blive synkroniseret.
(1) Intelligent optisk netværk
Sammenlignet med det trådløse kommunikationssystem er det optiske kommunikationssystem og netværket i det intelligente optiske netværk stadig i den indledende fase med hensyn til netværkskonfiguration, netværksvedligeholdelse og fejldiagnose, og graden af intelligens er utilstrækkelig. På grund af en enkelt fibers enorme kapacitet vil forekomsten af ethvert fibersvigt have stor indflydelse på økonomien og samfundet. Derfor er overvågningen af netværksparametre meget vigtig for udviklingen af fremtidens intelligente netværk. De forskningsretninger, der skal lægges vægt på i dette aspekt i fremtiden, omfatter: systemparameterovervågningssystem baseret på forenklet kohærent teknologi og maskinlæring, fysisk mængdeovervågningsteknologi baseret på kohærent signalanalyse og fasefølsom optisk tidsdomæne-refleksion.
(2) Integreret teknologi og system
Kerneformålet med enhedsintegration er at reducere omkostningerne. I optisk fiberkommunikationsteknologi kan kortdistance højhastighedstransmission af signaler realiseres gennem kontinuerlig signalregenerering. Men på grund af problemerne med fase- og polarisationstilstandsgendannelse er integrationen af sammenhængende systemer stadig relativt vanskelig. Hvis et integreret optisk-elektrisk-optisk system i stor skala kan realiseres, vil systemkapaciteten desuden blive væsentligt forbedret. Men på grund af faktorer som lav teknisk effektivitet, høj kompleksitet og vanskeligheder med integration, er det umuligt i vid udstrækning at fremme optiske signaler såsom helt optisk 2R (genforstærkning, omformning), 3R (genforstærkning) , re-timing og re-shaping) inden for optisk kommunikation. forarbejdningsteknologi. Med hensyn til integrationsteknologi og -systemer er de fremtidige forskningsretninger derfor som følger: Selvom den eksisterende forskning i rumopdelingsmultiplekseringssystemer er relativt rig, har nøglekomponenterne i rumopdelingsmultiplekseringssystemer endnu ikke opnået teknologiske gennembrud i den akademiske verden og industrien. og der er behov for yderligere styrkelse. Forskning, såsom integrerede lasere og modulatorer, todimensionelle integrerede modtagere, højenergieffektive integrerede optiske forstærkere osv.; nye typer optiske fibre kan udvide systemets båndbredde betydeligt, men der er stadig behov for yderligere forskning for at sikre, at deres omfattende ydeevne og fremstillingsprocesser kan nå op på det eksisterende niveau. studere forskellige enheder, der kan bruges sammen med den nye fiber i kommunikationsforbindelsen.
(3) Optisk kommunikationsudstyr
Inden for optiske kommunikationsenheder har forskning og udvikling af fotoniske siliciumenheder opnået de første resultater. Men på nuværende tidspunkt er indenlandsk relateret forskning hovedsageligt baseret på passive enheder, og forskningen i aktive enheder er relativt svag. Med hensyn til optiske kommunikationsenheder omfatter de fremtidige forskningsretninger: integrationsforskning af aktive enheder og optiske siliciumenheder; forskning i integrationsteknologi af ikke-silicium optiske enheder, såsom forskning i integrationsteknologi af III-V materialer og substrater; videreudvikling af ny enhedsforskning og udvikling. Opfølgning, såsom integreret lithiumniobat optisk bølgeleder med fordelene ved høj hastighed og lavt strømforbrug.
Indlægstid: Aug-03-2023
