Belum lama ini, lembar jawaban tengah tahun untuk pengembangan bersama Hengqin antara Zhuhai dan Makau perlahan-lahan mulai dibuka. Salah satu serat optik lintas batas menarik perhatian. Serat optik tersebut melewati Zhuhai dan Makau untuk mewujudkan interkoneksi daya komputasi dan pembagian sumber daya dari Makau ke Hengqin, serta membangun saluran informasi. Shanghai juga mempromosikan proyek peningkatan dan transformasi jaringan komunikasi serat optik "dari tembaga ke optik" untuk memastikan pembangunan ekonomi berkualitas tinggi dan layanan komunikasi yang lebih baik bagi penduduk.
Dengan pesatnya perkembangan teknologi Internet, permintaan pengguna terhadap lalu lintas Internet meningkat dari hari ke hari, bagaimana meningkatkan kapasitas komunikasi serat optik telah menjadi masalah yang mendesak untuk dipecahkan.
Sejak munculnya teknologi komunikasi serat optik, telah membawa perubahan besar dalam bidang sains dan teknologi serta masyarakat. Sebagai aplikasi penting dari teknologi laser, teknologi informasi laser yang diwakili oleh teknologi komunikasi serat optik telah membangun kerangka kerja jaringan komunikasi modern dan menjadi bagian penting dari transmisi informasi. Teknologi komunikasi serat optik merupakan kekuatan pembawa yang penting dari dunia Internet saat ini, dan juga merupakan salah satu teknologi inti dari era informasi.
Dengan munculnya berbagai teknologi baru seperti Internet of Things, big data, realitas virtual, kecerdasan buatan (AI), komunikasi seluler generasi kelima (5G) dan teknologi lainnya, permintaan yang lebih tinggi ditempatkan pada pertukaran dan transmisi informasi. Menurut data penelitian yang dirilis oleh Cisco pada tahun 2019, lalu lintas IP tahunan global akan meningkat dari 1,5ZB (1ZB=1021B) pada tahun 2017 menjadi 4,8ZB pada tahun 2022, dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan sebesar 26%. Menghadapi tren pertumbuhan lalu lintas yang tinggi, komunikasi serat optik, sebagai bagian paling penting dari jaringan komunikasi, berada di bawah tekanan yang luar biasa untuk ditingkatkan. Sistem dan jaringan komunikasi serat optik berkecepatan tinggi dan berkapasitas besar akan menjadi arah pengembangan utama teknologi komunikasi serat optik.
Sejarah Perkembangan dan Status Penelitian Teknologi Komunikasi Serat Optik
Laser ruby pertama kali dikembangkan pada tahun 1960, menyusul penemuan cara kerja laser oleh Arthur Showlow dan Charles Townes pada tahun 1958. Kemudian, pada tahun 1970, laser semikonduktor AlGaAs pertama yang mampu beroperasi terus-menerus pada suhu ruangan berhasil dikembangkan, dan pada tahun 1977, laser semikonduktor tersebut berhasil bekerja terus-menerus selama puluhan ribu jam dalam lingkungan praktis.
Sejauh ini, laser memiliki prasyarat untuk komunikasi serat optik komersial. Sejak awal penemuan laser, para penemu menyadari potensi aplikasinya yang penting di bidang komunikasi. Namun, ada dua kekurangan yang jelas dalam teknologi komunikasi laser: yang pertama adalah sejumlah besar energi akan hilang karena divergensi sinar laser; yang kedua adalah sangat dipengaruhi oleh lingkungan aplikasi, seperti aplikasi di lingkungan atmosfer akan sangat bergantung pada perubahan kondisi cuaca. Oleh karena itu, untuk komunikasi laser, pemandu gelombang optik yang sesuai sangat penting.
Serat optik yang digunakan untuk komunikasi yang diusulkan oleh Dr. Kao Kung, pemenang Hadiah Nobel dalam bidang fisika, memenuhi kebutuhan teknologi komunikasi laser untuk pemandu gelombang. Ia mengusulkan bahwa kehilangan hamburan Rayleigh dari serat optik kaca dapat sangat rendah (kurang dari 20 dB/km), dan kehilangan daya pada serat optik terutama berasal dari penyerapan cahaya oleh pengotor dalam bahan kaca, sehingga pemurnian bahan adalah kunci untuk mengurangi kehilangan serat optik. Kuncinya, dan juga menunjukkan bahwa transmisi mode tunggal penting untuk menjaga kinerja komunikasi yang baik.
Pada tahun 1970, Corning Glass Company mengembangkan serat optik multimode berbasis kuarsa dengan kehilangan sekitar 20 dB/km sesuai dengan saran pemurnian Dr. Kao, menjadikan serat optik kenyataan untuk media transmisi komunikasi. Setelah penelitian dan pengembangan berkelanjutan, kehilangan serat optik berbasis kuarsa mendekati batas teoritis. Sejauh ini, kondisi komunikasi serat optik telah terpenuhi sepenuhnya.
Semua sistem komunikasi serat optik awal mengadopsi metode penerimaan deteksi langsung. Ini adalah metode komunikasi serat optik yang relatif sederhana. PD adalah detektor hukum kuadrat, dan hanya intensitas sinyal optik yang dapat dideteksi. Metode penerimaan deteksi langsung ini telah berlanjut dari generasi pertama teknologi komunikasi serat optik pada tahun 1970-an hingga awal tahun 1990-an.
Untuk meningkatkan pemanfaatan spektrum dalam bandwidth, kita perlu memulai dari dua aspek: satu adalah menggunakan teknologi untuk mendekati batas Shannon, tetapi peningkatan efisiensi spektrum telah meningkatkan persyaratan untuk rasio telekomunikasi terhadap kebisingan, sehingga mengurangi jarak transmisi; yang lain adalah memanfaatkan fase sepenuhnya, Kapasitas pembawa informasi dari keadaan polarisasi digunakan untuk transmisi, yang merupakan sistem komunikasi optik koheren generasi kedua.
Sistem komunikasi optik koheren generasi kedua menggunakan mixer optik untuk deteksi intradyne, dan mengadopsi penerimaan keragaman polarisasi, yaitu, di ujung penerima, cahaya sinyal dan cahaya osilator lokal didekomposisi menjadi dua berkas cahaya yang keadaan polarisasinya ortogonal satu sama lain. Dengan cara ini, penerimaan yang tidak peka terhadap polarisasi dapat dicapai. Selain itu, perlu ditunjukkan bahwa saat ini, pelacakan frekuensi, pemulihan fase pembawa, pemerataan, sinkronisasi, pelacakan polarisasi, dan demultipleksing di ujung penerima semuanya dapat diselesaikan dengan teknologi pemrosesan sinyal digital (DSP), yang sangat menyederhanakan desain perangkat keras penerima, dan meningkatkan kemampuan pemulihan sinyal.
Beberapa Tantangan dan Pertimbangan yang Dihadapi dalam Pengembangan Teknologi Komunikasi Serat Optik
Melalui penerapan berbagai teknologi, kalangan akademis dan industri pada dasarnya telah mencapai batas efisiensi spektral sistem komunikasi serat optik. Untuk terus meningkatkan kapasitas transmisi, hal itu hanya dapat dicapai dengan meningkatkan lebar pita sistem B (meningkatkan kapasitas secara linier) atau meningkatkan rasio signal-to-noise. Pembahasan spesifiknya adalah sebagai berikut.
1. Solusi untuk meningkatkan daya pancar
Karena efek nonlinier yang disebabkan oleh transmisi daya tinggi dapat dikurangi dengan meningkatkan luas penampang serat secara tepat, maka solusi untuk meningkatkan daya adalah menggunakan serat mode-sedikit alih-alih serat mode-tunggal untuk transmisi. Selain itu, solusi yang paling umum saat ini untuk efek nonlinier adalah dengan menggunakan algoritma backpropagation digital (DBP), tetapi peningkatan kinerja algoritma akan menyebabkan peningkatan kompleksitas komputasi. Baru-baru ini, penelitian teknologi pembelajaran mesin dalam kompensasi nonlinier telah menunjukkan prospek aplikasi yang baik, yang sangat mengurangi kompleksitas algoritma, sehingga desain sistem DBP dapat dibantu oleh pembelajaran mesin di masa mendatang.
2. Meningkatkan bandwidth penguat optik
Peningkatan lebar pita dapat menembus batasan rentang frekuensi EDFA. Selain pita C dan pita L, pita S juga dapat dimasukkan dalam rentang aplikasi, dan penguat SOA atau Raman dapat digunakan untuk amplifikasi. Akan tetapi, serat optik yang ada memiliki rugi-rugi yang besar pada pita frekuensi selain pita S, dan perlu dirancang jenis serat optik baru untuk mengurangi rugi-rugi transmisi. Namun, untuk pita-pita lainnya, teknologi amplifikasi optik yang tersedia secara komersial juga menjadi tantangan.
3. Penelitian tentang serat optik dengan kehilangan transmisi rendah
Penelitian tentang serat optik dengan kehilangan transmisi rendah merupakan salah satu isu paling penting dalam bidang ini. Serat optik inti berongga (HCF) memiliki kemungkinan kehilangan transmisi yang lebih rendah, yang akan mengurangi waktu tunda transmisi serat optik dan dapat menghilangkan masalah nonlinier serat optik secara signifikan.
4. Penelitian tentang teknologi terkait multiplexing pembagian ruang angkasa
Teknologi multiplexing pembagian ruang merupakan solusi efektif untuk meningkatkan kapasitas serat tunggal. Secara khusus, serat optik multi-inti digunakan untuk transmisi, dan kapasitas serat tunggal menjadi dua kali lipat. Masalah inti dalam hal ini adalah apakah ada penguat optik dengan efisiensi lebih tinggi. , jika tidak, itu hanya dapat setara dengan beberapa serat optik inti tunggal; menggunakan teknologi multiplexing pembagian mode termasuk mode polarisasi linier, berkas OAM berdasarkan singularitas fase dan berkas vektor silinder berdasarkan singularitas polarisasi, teknologi tersebut dapat Multiplexing berkas memberikan derajat kebebasan baru dan meningkatkan kapasitas sistem komunikasi optik. Ini memiliki prospek aplikasi yang luas dalam teknologi komunikasi serat optik, tetapi penelitian tentang penguat optik terkait juga merupakan tantangan. Selain itu, bagaimana menyeimbangkan kompleksitas sistem yang disebabkan oleh penundaan grup mode diferensial dan teknologi pemerataan digital multi-input multi-output juga patut diperhatikan.
Prospek Pengembangan Teknologi Komunikasi Serat Optik
Teknologi komunikasi serat optik telah berkembang dari transmisi kecepatan rendah awal ke transmisi kecepatan tinggi saat ini, dan telah menjadi salah satu teknologi tulang punggung yang mendukung masyarakat informasi, dan telah membentuk disiplin dan bidang sosial yang besar. Di masa depan, karena permintaan masyarakat akan transmisi informasi terus meningkat, sistem komunikasi serat optik dan teknologi jaringan akan berkembang menuju kapasitas, kecerdasan, dan integrasi yang sangat besar. Sambil meningkatkan kinerja transmisi, mereka akan terus mengurangi biaya dan melayani mata pencaharian masyarakat dan membantu negara membangun informasi. masyarakat memainkan peran penting. CeiTa telah bekerja sama dengan sejumlah organisasi bencana alam, yang dapat memprediksi peringatan keselamatan regional seperti gempa bumi, banjir, dan tsunami. Itu hanya perlu dihubungkan ke ONU CeiTa. Ketika bencana alam terjadi, stasiun gempa akan mengeluarkan peringatan dini. Terminal di bawah Peringatan ONU akan disinkronkan.
(1) Jaringan optik cerdas
Dibandingkan dengan sistem komunikasi nirkabel, sistem komunikasi optik dan jaringan jaringan optik cerdas masih dalam tahap awal dalam hal konfigurasi jaringan, pemeliharaan jaringan dan diagnosis kesalahan, dan tingkat kecerdasannya belum memadai. Karena kapasitas serat tunggal yang sangat besar, terjadinya kegagalan serat apa pun akan berdampak besar pada ekonomi dan masyarakat. Oleh karena itu, pemantauan parameter jaringan sangat penting untuk pengembangan jaringan cerdas di masa mendatang. Arah penelitian yang perlu diperhatikan dalam aspek ini di masa mendatang meliputi: sistem pemantauan parameter sistem berdasarkan teknologi koheren yang disederhanakan dan pembelajaran mesin, teknologi pemantauan kuantitas fisik berdasarkan analisis sinyal koheren dan refleksi domain waktu optik yang peka terhadap fase.
(2) Teknologi dan sistem terpadu
Tujuan inti dari integrasi perangkat adalah untuk mengurangi biaya. Dalam teknologi komunikasi serat optik, transmisi sinyal berkecepatan tinggi jarak pendek dapat diwujudkan melalui regenerasi sinyal berkelanjutan. Namun, karena masalah pemulihan fase dan keadaan polarisasi, integrasi sistem koheren masih relatif sulit. Selain itu, jika sistem optik-listrik-optik terintegrasi skala besar dapat diwujudkan, kapasitas sistem juga akan meningkat secara signifikan. Namun, karena faktor-faktor seperti efisiensi teknis yang rendah, kompleksitas yang tinggi, dan kesulitan dalam integrasi, mustahil untuk mempromosikan sinyal semua-optik secara luas seperti 2R (penguatan ulang, pembentukan ulang), 3R (penguatan ulang, pengaturan waktu ulang, dan pembentukan ulang) semua-optik di bidang teknologi pemrosesan komunikasi optik. Oleh karena itu, dalam hal teknologi dan sistem integrasi, arah penelitian masa depan adalah sebagai berikut: Meskipun penelitian yang ada tentang sistem multiplexing pembagian ruang relatif kaya, komponen utama sistem multiplexing pembagian ruang belum mencapai terobosan teknologi dalam akademisi dan industri, dan penguatan lebih lanjut diperlukan. Penelitian, seperti laser dan modulator terintegrasi, penerima terintegrasi dua dimensi, amplifier optik terintegrasi efisiensi energi tinggi, dll.; jenis serat optik baru dapat memperluas bandwidth sistem secara signifikan, tetapi penelitian lebih lanjut masih diperlukan untuk memastikan bahwa kinerja komprehensif dan proses manufakturnya dapat mencapai tingkat serat mode tunggal yang ada; mempelajari berbagai perangkat yang dapat digunakan dengan serat baru di tautan komunikasi.
(3) Alat komunikasi optik
Dalam perangkat komunikasi optik, penelitian dan pengembangan perangkat fotonik silikon telah mencapai hasil awal. Namun, saat ini, penelitian terkait dalam negeri terutama didasarkan pada perangkat pasif, dan penelitian tentang perangkat aktif relatif lemah. Dalam hal perangkat komunikasi optik, arah penelitian masa depan meliputi: penelitian integrasi perangkat aktif dan perangkat optik silikon; penelitian tentang teknologi integrasi perangkat optik non-silikon, seperti penelitian tentang teknologi integrasi bahan dan substrat III-V; pengembangan lebih lanjut penelitian dan pengembangan perangkat baru. Tindak lanjut, seperti pemandu gelombang optik lithium niobate terintegrasi dengan keunggulan kecepatan tinggi dan konsumsi daya rendah.
Waktu posting: 03-Agu-2023
