Pocu pocu fà, u fogliu di risposta di a mità di l'annu per u sviluppu cumuni di Hengqin trà Zhuhai è Macao si sviluppava lentamente. Una di e fibre ottiche transfrontaliere hà attiratu l'attenzione. Hè passatu per Zhuhai è Macao per realizà l'interconnessione di l'energia di l'informatica è a spartera di risorse da Macao à Hengqin, è custruisce un canale d'infurmazione. Shanghai hè ancu prumove u prughjettu di l'aghjurnamentu è a trasfurmazioni di a reta di cumunicazione "otticu in rame" per assicurà un sviluppu ecunomicu di alta qualità è servizii di cumunicazione megliu per i residenti.
Cù u rapidu sviluppu di a tecnulugia di l'Internet, a dumanda di l'utilizatori di u trafficu di l'Internet cresce ghjornu per ghjornu, cumu per migliurà a capacità di cumunicazione di fibre ottiche hè diventatu un prublema urgente per esse risoltu.
Dapoi l'apparizione di a tecnulugia di cumunicazione di fibre ottiche, hà purtatu cambiamenti maiò in i campi di a scienza è a tecnulugia è a sucetà. 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 reta di cumunicazione muderna è diventa una parte impurtante di a trasmissione di l'infurmazioni. A tecnulugia di cumunicazione in fibra ottica hè una forza portante impurtante di u mondu attuale di Internet, è hè ancu una di e tecnulugia core di l'era di l'infurmazione.
Cù l'emergenza cuntinuu di diverse tecnulugii emergenti cum'è l'Internet di e Cose, i big data, a realtà virtuale, l'intelligenza artificiale (AI), a quinta generazione di cumunicazioni mobili (5G) è altre tecnulugii, e dumande più altu sò messe à u scambiu di l'infurmazioni è a trasmissione. Sicondu i dati di ricerca publicati da Cisco in 2019, u trafficu IP annuale glubale aumenterà da 1.5ZB (1ZB = 1021B) in 2017 à 4.8ZB in 2022, cù una crescita annuale composta di 26%. Di fronte à a tendenza di crescita di u trafficu altu, a cumunicazione in fibra ottica, cum'è a parte più dorsale di a reta di cumunicazione, hè sottumessu à una pressione tremenda per aghjurnà. Sistemi di cumunicazione di fibre ottiche d'alta velocità è di grande capacità seranu a direzzione di sviluppu principale di a tecnulugia di cumunicazione di fibre ottiche.
Storia di Sviluppu è Status di Ricerca di Tecnulugia di Comunicazione di Fibra Ottica
U primu laser ruby hè statu sviluppatu in u 1960, dopu à a scuperta di u funziunamentu di u laser da Arthur Showlow è Charles Townes in u 1958. Dopu, in u 1970, u primu laser semiconductor AlGaAs capaci di funziunamentu cuntinuu à a temperatura di l'ambienti hè statu sviluppatu cù successu, è in u 1977, u laser semiconductor hè statu rializatu à travaglià in permanenza per decine di millaie d'ore in un ambiente praticu.
Finu a ora, i laser anu i prerequisiti per a cumunicazione cummerciale di fibra ottica. Da u principiu di l'invenzione di u laser, l'invintori anu ricunnisciutu a so applicazione potenziale impurtante in u campu di a cumunicazione. Tuttavia, ci sò dui difetti evidenti in a tecnulugia di cumunicazione laser: unu hè chì una grande quantità di energia serà persa per via di a divergenza di u fasciu laser; l'altru hè chì hè assai affettatu da l'ambiente di l'applicazione, cum'è l'applicazione in l'ambiente atmosfericu serà significativamente sottumessu à cambiamenti in e cundizioni climatichi. Dunque, per a cumunicazione laser, una guida d'onda ottica adatta hè assai impurtante.
A fibra ottica utilizata per a cumunicazione pruposta da u duttore Kao Kung, u premiu Nobel in fisica, risponde à i bisogni di a tecnulugia di cumunicazione laser per i guide d'onda. Hà prupostu chì a perdita di dispersione Rayleigh di fibra otticu di vetru pò esse assai bassu (menu di 20 dB / km), è a perdita di putenza in fibra ottica vene principalmente da l'assorbimentu di luce da impurità in materiali di vetru, cusì a purificazione di materiale hè a chjave. à riducendu a perdita di fibra otticu Chjave, è dinù nutari ca trasmissioni single-mode hè impurtante di mantene una bona prestazione cumunicazione.
In u 1970, Corning Glass Company hà sviluppatu una fibra ottica multimode basata in quartz cù una perdita di circa 20dB / km secondu u suggerimentu di purificazione di Dr Kao, facendu a fibra ottica una realità per i media di trasmissione di cumunicazione. Dopu à cuntinuu di ricerca è sviluppu, a perdita di fibre otticu basatu quartz avvicinò u limitu teorichi. Finu a ora, e cundizioni di cumunicazione in fibra ottica sò stati cumplettamente soddisfatti.
I primi sistemi di cumunicazione in fibra ottica anu aduttatu u metudu di ricezione di rilevazione diretta. Questu hè un metudu di cumunicazione in fibra ottica relativamente simplice. PD hè un detector di lege quadrata, è solu l'intensità di u signale otticu pò esse rilevatu. Stu metudu di ricezione di rilevazione diretta hà cuntinuatu da a prima generazione di tecnulugia di cumunicazione in fibra ottica in l'anni 1970 à i primi anni 1990.
Per aumentà l'utilizazione di u spettru in a larghezza di banda, avemu da principià da dui aspetti: unu hè di utilizà a tecnulugia per avvicinà u limitu di Shannon, ma l'aumentu di l'efficienza di u spettru hà aumentatu i requisiti per u rapportu di telecomunicazione-à-rumore, riducendu cusì u distanza di trasmissione; l'altru hè di fà u 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 otticu coherente di a seconda generazione.
U sistema di cumunicazione ottica coerente di seconda generazione usa un mixer otticu per a rilevazione intradina, è adopta a ricezione di diversità di polarizazione, vale à dì, à l'estremità di ricezione, a luce di signale è a luce di l'oscillatore lucale sò scomposti in dui fasci di luce chì i stati di polarizazione sò ortogonali. unu à l'altru. In questu modu, a ricezione insensibile à a polarizazione pò esse ottenuta. Inoltre, deve esse nutatu chì in questu mumentu, u seguimentu di frequenza, a ricuperazione di a fase di u trasportatore, l'equalizazione, a sincronizazione, u seguimentu di polarizazione è u demultiplexing à l'estremità di u receptore pò esse cumpletu da a tecnulugia di trasfurmazione di signali digitale (DSP), chì simplifica assai l'hardware. cuncepimentu di u ricevitore, è a capacità di ricuperazione di u signale mejorata.
Alcune Sfide è Considerazioni Affruntà u Sviluppu di Tecnulugia di Comunicazione di Fibra Ottica
Attraversu l'applicazioni di diverse tecnulugii, i circoli accademichi è l'industria anu righjuntu in fondu u limitu di l'efficienza spettrale di u sistema di cumunicazione in fibra ottica. Per cuntinuà à aumentà a capacità di trasmissione, pò esse ottenuta solu per aumentà a larghezza di banda di u sistema B (aumentu di a capacità lineale) o aumentendu u rapportu signal-to-noise. A discussione specifica hè a siguenti.
1. Soluzione per aumentà u putere di trasmissione
Siccomu l'effettu non-lineare causatu da a trasmissione d'alta putenza pò esse ridutta aumentendu bè l'area efficace di a sezione trasversale di a fibra, hè una suluzione per aumentà a putenza per aduprà fibra di pochi modi invece di fibra unicu per a trasmissione. Inoltre, a suluzione più cumuna attuale per l'effetti non lineari hè di utilizà l'algoritmu di retropropagazione digitale (DBP), ma a migliione di u rendiment di l'algoritmu porta à un aumentu di a cumplessità computazionale. Ricertamenti, a ricerca di a tecnulugia di l'apprendimentu di a macchina in a compensazione non lineare hà dimustratu una bona prospettiva di l'applicazione, chì riduce assai a cumplessità di l'algoritmu, cusì u disignu di u sistema DBP pò esse assistitu da l'apprendimentu di a macchina in u futuru.
2. Aumente a larghezza di banda di l'amplificatore otticu
Aumentà a larghezza di banda pò rompe a limitazione di a gamma di freccia di EDFA. In più di a banda C è a banda L, a banda S pò ancu esse inclusa in a gamma di applicazioni, è l'amplificatore SOA o Raman pò esse usatu per l'amplificazione. In ogni casu, a fibra ottica esistente hà una grande perdita in bande di freccia altru da a banda S, è hè necessariu di disignà 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 in u cummerciu hè ancu una sfida.
3. Ricerche nantu à a fibra ottica di bassa perdita di trasmissione
Ricerche nantu à a fibra di bassa perdita di trasmissione hè unu di i prublemi più critichi in questu campu. A fibra di nucleu cavu (HCF) hà a pussibilità di una perdita di trasmissione più bassa, chì riducerà u ritardu di u tempu di trasmissione di fibra è pò eliminà u prublema non lineale di a fibra in una grande misura.
4. Ricerche nantu à e tecnulugii ligati à u multiplexing di divisione spaziale
A tecnulugia di multiplexing di divisione spaziale hè una soluzione efficace per aumentà a capacità di una sola fibra. In particulare, a fibra ottica multi-core hè aduprata per a trasmissione, è a capacità di una sola fibra hè radduppiata. U prublema principali in questu sensu hè s'ellu ci hè un amplificatore otticu di più alta efficienza. , altrimenti pò esse solu equivalente à parechje fibre ottiche unicu core; aduprendu a tecnulugia di multiplexing mode-division cumpresi u modu di polarizazione lineare, fasciu OAM basatu nantu à a singularità di fasi è u fasciu di vettore cilindrico basatu in a singularità di polarizazione, tali tecnulugia pò esse Multiplexing Beam furnisce un novu gradu di libertà è migliurà a capacità di sistemi di cumunicazione otticu. Hà una larga prospettiva di applicazione in a tecnulugia di cumunicazione in fibra ottica, ma a ricerca nantu à l'amplificatori ottici cunnessi hè ancu una sfida. In più, cumu per equilibrà a cumplessità di u sistema causata da u ritardu di u gruppu di modu differenziale è a tecnulugia di equalizazione digitale multiplu-input multiple-output hè ancu degna d'attenzione.
Perspettivi per u Sviluppu di Tecnulugia di Comunicazione di Fibra Ottica
A tecnulugia di cumunicazione di fibre ottiche hà sviluppatu da a trasmissione iniziale à bassa velocità à a trasmissione attuale à alta velocità, è hè diventata una di e tecnulugia di spine chì sustene a sucetà di l'infurmazione, è hà furmatu una disciplina enormosa è un campu suciale. In u futuru, cum'è a dumanda di a sucetà per a trasmissione di l'infurmazioni cuntinueghja à aumentà, i sistemi di cumunicazione in fibra ottica è e tecnulugia di rete evolveranu versu una capacità, intelligenza è integrazione ultra-grande. Mentre migliurà a prestazione di trasmissione, cuntinueghjanu à riduce i costi è serve u sustenimentu di e persone è aiutanu u paese à custruisce infurmazioni. a sucetà ghjoca un rolu impurtante. CeiTa hà cooperatu cù una quantità di organizzazioni di disastru naturali, chì ponu predichendu avvisi di sicurezza regiunale cum'è terremoti, inundazioni è tsunamis. Hè solu bisognu à esse cunnessu à l'ONU di CeiTa. Quandu si verifica un disastru naturali, a stazione di terrimotu emette un avvisu precoce. U terminal sottu à l'ONU Alerts serà sincronizatu.
(1) Rete ottica intelligente
In cunfrontu cù u sistema di cumunicazione wireless, u sistema di cumunicazione otticu è a rete di a rete otticu intelligente sò sempre in u stadiu iniziale in quantu à a cunfigurazione di a rete, u mantenimentu di a rete è u diagnosticu di difetti, è u gradu di intelligenza hè insufficiente. A causa di a grande capacità di una sola fibra, l'occurrence di qualsiasi fallimentu di fibra avarà un grande impattu in l'ecunumia è a sucità. Dunque, u monitoraghju di i paràmetri di a rete hè assai impurtante per u sviluppu di e future rete intelligenti. A direzzione di ricerca chì deve esse attentu à in questu aspettu in u futuru includenu: sistema di monitoraghju di i paràmetri di u sistema basatu nantu à a tecnulugia coherente simplificata è l'apprendimentu di a macchina, a tecnulugia di monitorizazione di quantità fisica basata nantu à l'analisi di signali coerenti è a riflessione ottica in u duminiu di u tempu.
(2) Tecnulugia integrata è sistema
U scopu core di l'integrazione di u dispositivu hè di riduce i costi. In a tecnulugia di cumunicazione di fibre ottiche, a trasmissione di segnali à corta distanza à alta velocità pò esse realizata per mezu di a regenerazione di u signale cuntinuu. In ogni casu, per via di i prublemi di a fase è a ripresa di u statu di polarizazione, l'integrazione di sistemi coerenti hè sempre relativamente difficiule. Inoltre, se un sistema otticu-elettricu-otticu integratu à grande scala pò esse realizatu, a capacità di u sistema serà ancu migliorata significativamente. Tuttavia, a causa di fattori cum'è a bassa efficienza tecnica, alta cumplessità è difficultà in integrazione, hè impussibile di prumove largamente i signali ottichi cum'è 2R all-otticu (re-amplification, re-shaping), 3R (re-amplification). , re-timing, and re-shaping) in u campu di cumunicazioni otticu. tecnulugia di trasfurmazioni. Dunque, in termini di tecnulugia è sistemi di integrazione, i futuri direzzione di ricerca sò i seguenti: Ancu se a ricerca esistente nantu à i sistemi di multiplexing di divisione spaziale hè relativamente ricca, i cumpunenti chjave di i sistemi di multiplexing di divisione spaziale ùn anu ancu ottinutu innovazioni tecnologiche in l'accademia è l'industria. è più rinfurzamentu hè necessariu. Ricerche, cum'è lasers integrati è modulatori, ricevitori integrati bidimensionali, amplificatori ottici integrati d'alta efficienza energetica, etc.; novi tipi di fibre ottiche ponu espansione significativamente a larghezza di banda di u sistema, ma più ricerca hè sempre necessaria per assicurà chì i so prucessi cumpletu è i prucessi di fabricazione ponu ghjunghje à l'unicu esistenti U livellu di fibra di modu; studià parechji dispusitivi chì ponu esse usatu cù a nova fibra in u ligame di cumunicazione.
(3) Dispositivi di cumunicazione otticu
In i dispusitivi di cumunicazione otticu, a ricerca è u sviluppu di i dispositi fotonici di siliciu hà ottinutu risultati iniziali. Tuttavia, attualmente, a ricerca domestica in relazione hè principalmente basata nantu à i dispositi passivi, è a ricerca nantu à i dispositi attivi hè relativamente debule. In quantu à i dispositi di cumunicazione otticu, i futuri direzzione di ricerca includenu: a ricerca di integrazione di i dispositi attivi è i dispusitivi ottichi di silicio; ricerca nantu à a tecnulugia di integrazione di i dispusitivi ottici non-siliconu, cum'è a ricerca nantu à a tecnulugia di integrazione di i materiali III-V è i sustrati; più sviluppu di novu dispusitivu di ricerca è sviluppu. Segui, cum'è una guida d'onda ottica integrata di niobate di litiu cù i vantaghji di l'alta velocità è u cunsumu d'energia bassu.
Tempu di Postu: Aug-03-2023
