Micca tantu tempu fà, a lista di risposte di mità d'annu per u sviluppu cumunu di Hengqin trà Zhuhai è Macao si stava sviluppandu pianu pianu. Una di e fibre ottiche transfrontaliere hà attiratu l'attenzione. Hè passata per Zhuhai è Macao per realizà l'interconnessione di putenza di calculu è a spartera di risorse da Macao à Hengqin, è custruisce un canale d'infurmazione. Shanghai prumove ancu u prughjettu di migliurazione è trasfurmazione di a rete di cumunicazione interamente in fibra "ottica in rame" per assicurà un sviluppu ecunomicu di alta qualità è migliori servizii di cumunicazione per i residenti.
Cù u rapidu sviluppu di a tecnulugia Internet, a dumanda di l'utilizatori per u trafficu Internet cresce ghjornu dopu ghjornu, cumu migliurà a capacità di cumunicazione in fibra ottica hè diventatu un prublema urgente da risolve.
Dapoi l'apparizione di a tecnulugia di cumunicazione in fibra ottica, hà purtatu cambiamenti maiò in i campi di a scienza, a tecnulugia è a sucietà. Cum'è una applicazione impurtante di a tecnulugia laser, a tecnulugia di l'infurmazione laser rapprisentata da a tecnulugia di cumunicazione in fibra ottica hà custruitu u quadru di a rete di cumunicazione muderna è hè diventata una parte impurtante di a trasmissione di l'infurmazioni. A tecnulugia di cumunicazione in fibra ottica hè una forza portante impurtante di u mondu Internet attuale, è hè ancu una di e tecnulugie core di l'era di l'infurmazione.
Cù l'emergenza cuntinua di varie tecnulugie emergenti cum'è l'Internet di e Cose, i big data, a realità virtuale, l'intelligenza artificiale (IA), e cumunicazioni mobili di quinta generazione (5G) è altre tecnulugie, ci sò esigenze più elevate in quantu à u scambiu è a trasmissione di l'infurmazioni. Sicondu i dati di ricerca publicati da Cisco in u 2019, u trafficu IP annuale mundiale aumenterà da 1,5 ZB (1 ZB = 1021 B) in u 2017 à 4,8 ZB in u 2022, cù un tassu di crescita annuale cumpostu di u 26%. Di fronte à a tendenza di crescita di u trafficu elevatu, a cumunicazione in fibra ottica, cum'è parte più impurtante di a rete di cumunicazione, hè sottumessa à una pressione tremenda per l'aghjurnamentu. I sistemi è e rete di cumunicazione in fibra ottica à alta velocità è grande capacità saranu a direzzione di sviluppu principale di a tecnulugia di cumunicazione in fibra ottica.
Storia di u sviluppu è statutu di ricerca di a tecnulugia di cumunicazione in fibra ottica
U primu laser rubinu hè statu sviluppatu in u 1960, dopu à a scuperta di u funziunamentu di i laser da Arthur Showlow è Charles Townes in u 1958. Dopu, in u 1970, u primu laser semiconduttore AlGaAs capace di funziunà cuntinuamente à temperatura ambiente hè statu sviluppatu cù successu, è in u 1977, u laser semiconduttore hè statu realizatu per funziunà cuntinuamente per decine di migliaia d'ore in un ambiente praticu.
Finu à avà, i laser anu i prerequisiti per a cumunicazione cummerciale in fibra ottica. Dapoi u principiu di l'invenzione di u laser, l'inventori anu ricunnisciutu a so impurtante applicazione putenziale in u campu di a cumunicazione. Tuttavia, ci sò duie carenze evidenti in a tecnulugia di cumunicazione laser: una hè chì una grande quantità d'energia serà persa per via di a divergenza di u raghju laser; l'altra hè chì hè assai influenzata da l'ambiente di l'applicazione, cum'è l'applicazione in l'ambiente atmosfericu serà significativamente sottumessa à i cambiamenti di e cundizioni climatiche. Dunque, per a cumunicazione laser, una guida d'onda ottica adatta hè assai impurtante.
A fibra ottica aduprata per a cumunicazione pruposta da u duttore Kao Kung, u vincitore di u Premiu Nobel per a fisica, risponde à i bisogni di a tecnulugia di cumunicazione laser per e guide d'onda. Hà prupostu chì a perdita di scattering Rayleigh di a fibra ottica di vetru pò esse assai bassa (menu di 20 dB/km), è a perdita di putenza in a fibra ottica vene principalmente da l'assorbimentu di a luce da l'impurità in i materiali di vetru, dunque a purificazione di u materiale hè a chjave per riduce a perdita di fibra ottica, è hà ancu signalatu chì a trasmissione monomodale hè impurtante per mantene una bona prestazione di cumunicazione.
In u 1970, a cumpagnia Corning Glass hà sviluppatu una fibra ottica multimodale à basa di quarzu cù una perdita di circa 20 dB/km secondu a suggerimentu di purificazione di u duttore Kao, facendu di a fibra ottica una realità per i mezi di trasmissione di cumunicazione. Dopu à una ricerca è un sviluppu cuntinui, a perdita di fibre ottiche à basa di quarzu s'hè avvicinata à u limite teoricu. Finu à avà, e cundizioni di cumunicazione per fibra ottica sò state cumpletamente soddisfatte.
I primi sistemi di cumunicazione in fibra ottica anu tutti aduttatu u metudu di ricezione di rilevazione diretta. Questu hè un metudu di cumunicazione in fibra ottica relativamente simplice. PD hè un rilevatore di legge quadratica, è solu l'intensità di u signale otticu pò esse rilevata. Stu metudu di ricezione di rilevazione diretta hè cuntinuatu da a prima generazione di tecnulugia di cumunicazione in fibra ottica in l'anni 1970 à l'iniziu di l'anni 1990.
Per aumentà l'utilizazione di u spettru in a larghezza di banda, ci vole à parte da dui aspetti: unu hè di utilizà a tecnulugia per avvicinà si à u limite di Shannon, ma l'aumentu di l'efficienza di u spettru hà aumentatu i requisiti per u rapportu telecomunicazione-rumore, riducendu cusì a distanza di trasmissione; l'altru hè di fà pienu usu di a fase, A capacità di trasportu di l'infurmazioni di u statu di polarizazione hè aduprata per a trasmissione, chì hè u sistema di cumunicazione ottica coerente di seconda generazione.
U sistema di cumunicazione ottica coerente di seconda generazione usa un miscelatore otticu per a rilevazione intradina, è adotta a ricezione di diversità di polarizazione, vale à dì, à l'estremità ricevente, a luce di signale è a luce di l'oscillatore lucale sò decomposte in dui fasci di luce chì i so stati di polarizazione sò ortogonali trà di elli. In questu modu, si pò ottene una ricezione insensibile à a polarizazione. Inoltre, si deve signalà chì in questu mumentu, u tracciamentu di frequenza, u recuperu di fase di portante, l'equalizazione, a sincronizazione, u tracciamentu di polarizazione è u demultiplexing à l'estremità ricevente ponu esse cumpletati da a tecnulugia di trasfurmazione di u signale digitale (DSP), chì simplifica assai a cuncepzione hardware di u ricevitore è migliora a capacità di recuperu di u signale.
Alcuni sfidi è cunsiderazioni chì affruntanu u sviluppu di a tecnulugia di cumunicazione in fibra ottica
Attraversu l'applicazione di diverse tecnulugie, i circoli accademichi è l'industria anu righjuntu basicamente u limite di l'efficienza spettrale di u sistema di cumunicazione in fibra ottica. Per cuntinuà à aumentà a capacità di trasmissione, questu pò esse ottenutu solu aumentendu a larghezza di banda di u sistema B (aumentendu linearmente a capacità) o aumentendu u rapportu segnale-rumore. A discussione specifica hè a seguente.
1. Soluzione per aumentà a putenza di trasmissione
Siccomu l'effettu non lineare causatu da a trasmissione di alta putenza pò esse riduttu aumentendu currettamente l'area effettiva di a sezione trasversale di a fibra, hè una suluzione per aumentà a putenza aduprà fibra à pochi modi invece di fibra monomodale per a trasmissione. Inoltre, a suluzione attuale più cumuna à l'effetti non lineari hè di utilizà l'algoritmu di retropropagazione digitale (DBP), ma u miglioramentu di e prestazioni di l'algoritmu porterà à un aumentu di a cumplessità computazionale. Recentemente, a ricerca di a tecnulugia di apprendimentu automaticu in a compensazione non lineare hà mostratu una bona prospettiva d'applicazione, chì riduce assai a cumplessità di l'algoritmu, dunque a cuncepzione di u sistema DBP pò esse assistita da l'apprendimentu automaticu in u futuru.
2. Aumentà a larghezza di banda di l'amplificatore otticu
Aumentà a larghezza di banda pò rompe a limitazione di a gamma di frequenza di l'EDFA. In più di a banda C è di a banda L, a banda S pò ancu esse inclusa in a gamma di applicazioni, è l'amplificatore SOA o Raman pò esse adupratu per l'amplificazione. Tuttavia, a fibra ottica esistente hà una grande perdita in bande di frequenza diverse da a banda S, è hè necessariu cuncepisce un novu tipu di fibra ottica per riduce a perdita di trasmissione. Ma per u restu di e bande, a tecnulugia di amplificazione ottica dispunibule cummercialmente hè ancu una sfida.
3. Ricerca nantu à a fibra ottica à bassa perdita di trasmissione
A ricerca nantu à a fibra à bassa perdita di trasmissione hè unu di i prublemi più critichi in questu duminiu. A fibra à core cavu (HCF) hà a pussibilità di una perdita di trasmissione più bassa, ciò chì riducerà u ritardu di trasmissione di a fibra è pò eliminà u prublema non lineare di a fibra in larga misura.
4. Ricerca nantu à e tecnulugie relative à u multiplexaggio à divisione spaziale
A tecnulugia di multiplexazione à divisione spaziale hè una suluzione efficace per aumentà a capacità di una sola fibra. Specificamente, a fibra ottica multi-core hè aduprata per a trasmissione, è a capacità di una sola fibra hè radduppiata. U prublema principale à questu riguardu hè s'ellu ci hè un amplificatore otticu di più alta efficienza. , altrimenti pò esse equivalente solu à parechje fibre ottiche à un core; aduprendu a tecnulugia di multiplexazione à divisione di modu cumprese u modu di polarizazione lineare, u fasciu OAM basatu annantu à a singularità di fase è u fasciu vettoriale cilindricu basatu annantu à a singularità di polarizazione, tale tecnulugia pò esse A multiplexazione di fasciu furnisce un novu gradu di libertà è migliora a capacità di i sistemi di cumunicazione ottica. Hà ampie prospettive d'applicazione in a tecnulugia di cumunicazione in fibra ottica, ma a ricerca nantu à l'amplificatori ottici cunnessi hè ancu una sfida. Inoltre, cumu equilibrà a cumplessità di u sistema causata da u ritardu di gruppu di modu differenziale è a tecnulugia di equalizazione digitale à input multiplu à output multiplu hè ancu degna d'attenzione.
Prospettive per u sviluppu di a tecnulugia di cumunicazione in fibra ottica
A tecnulugia di cumunicazione in fibra ottica s'hè sviluppata da a trasmissione iniziale à bassa velocità à l'attuale trasmissione à alta velocità, è hè diventata una di e tecnulugie spinali chì sustenenu a sucetà di l'infurmazione, è hà furmatu una vasta disciplina è un campu suciale. In u futuru, à misura chì a dumanda di trasmissione di l'infurmazioni di a sucetà cuntinueghja à cresce, i sistemi di cumunicazione in fibra ottica è e tecnulugie di rete evolveranu versu una capacità ultra-grande, intelligenza è integrazione. Mentre migliuranu e prestazioni di trasmissione, continueranu à riduce i costi è serviranu u sustenimentu di a ghjente è aiuteranu u paese à custruisce l'infurmazioni. A sucetà ghjoca un rolu impurtante. CeiTa hà cooperatu cù una quantità di urganisazioni di disastri naturali, chì ponu prevede avvisi di sicurezza regiunale cum'è terremoti, inundazioni è tsunami. Basta à cunnette si à l'ONU di CeiTa. Quandu si verifica un disastru naturale, a stazione di terremoti emetterà un avvisu precoce. U terminal sottu à l'Alerte ONU serà sincronizatu.
(1) Rete ottica intelligente
In paragone cù u sistema di cumunicazione senza filu, u sistema di cumunicazione ottica è a rete di a rete ottica intelligente sò sempre in a fase iniziale in termini di cunfigurazione di a rete, manutenzione di a rete è diagnosi di i guasti, è u gradu d'intelligenza hè insufficiente. A causa di l'enorme capacità di una sola fibra, l'occorrenza di qualsiasi guastu di fibra avarà un grande impattu nantu à l'ecunumia è a sucietà. Dunque, u monitoraghju di i parametri di a rete hè assai impurtante per u sviluppu di e future rete intelligenti. E direzzione di ricerca à e quali ci vole à fà attenzione in questu aspettu in u futuru includenu: sistema di monitoraghju di i parametri di u sistema basatu annantu à una tecnulugia coerente simplificata è l'apprendimentu automaticu, tecnulugia di monitoraghju di a quantità fisica basata annantu à l'analisi coerente di u signale è a riflessione ottica sensibile à a fase in u duminiu di u tempu.
(2) Tecnulugia è sistema integrati
U scopu principale di l'integrazione di i dispusitivi hè di riduce i costi. In a tecnulugia di cumunicazione in fibra ottica, a trasmissione di signali à alta velocità à corta distanza pò esse realizata per via di a rigenerazione cuntinua di u signale. Tuttavia, per via di i prublemi di ricuperazione di u statu di fase è di polarizazione, l'integrazione di sistemi coerenti hè sempre relativamente difficiule. Inoltre, se si pò realizà un sistema otticu-elettricu-otticu integratu à grande scala, a capacità di u sistema serà ancu significativamente migliurata. Tuttavia, per via di fattori cum'è a bassa efficienza tecnica, l'alta cumplessità è a difficultà d'integrazione, hè impussibile di prumove largamente signali tutti ottici cum'è 2R (riamplificazione, rimodellatura), 3R (riamplificazione, risincronizazione è rimodellatura) tutti ottici in u campu di e cumunicazioni ottiche. tecnulugia di trasfurmazione. Dunque, in termini di tecnulugia è sistemi d'integrazione, e direzzione di ricerca future sò e seguenti: Ancu se a ricerca esistente nantu à i sistemi di multiplexazione à divisione spaziale hè relativamente ricca, i cumpunenti chjave di i sistemi di multiplexazione à divisione spaziale ùn anu ancu ottenutu scoperte tecnologiche in u mondu accademicu è industriale, è hè necessariu un ulteriore rinfurzamentu. Ricerca, cum'è laser è modulatori integrati, ricevitori integrati bidimensionali, amplificatori ottici integrati ad alta efficienza energetica, ecc.; i novi tipi di fibre ottiche ponu allargà significativamente a larghezza di banda di u sistema, ma sò sempre necessarie ulteriori ricerche per assicurà chì e so prestazioni cumplete è i prucessi di fabricazione possinu ghjunghje à u livellu unicu di fibra esistente; studià diversi dispositivi chì ponu esse aduprati cù a nova fibra in u ligame di cumunicazione.
(3) Dispositivi di cumunicazione ottica
In i dispusitivi di cumunicazione ottica, a ricerca è u sviluppu di dispusitivi fotonici in silicone hà ottenutu risultati iniziali. Tuttavia, attualmente, a ricerca naziunale hè principalmente basata nantu à dispusitivi passivi, è a ricerca nantu à i dispusitivi attivi hè relativamente debule. In termini di dispusitivi di cumunicazione ottica, e future direzzioni di ricerca includenu: ricerca d'integrazione di dispusitivi attivi è dispusitivi ottici in silicone; ricerca nantu à a tecnulugia d'integrazione di dispusitivi ottici senza silicone, cum'è a ricerca nantu à a tecnulugia d'integrazione di materiali è substrati III-V; ulteriore sviluppu di a ricerca è u sviluppu di novi dispusitivi. Seguitu, cum'è a guida d'onda ottica integrata in niobatu di litiu cù i vantaghji di l'alta velocità è di u bassu cunsumu energeticu.
Data di publicazione: 03 d'aostu 2023
