Belum lama ini, lembar jawaban tengah tahun untuk pengembangan bersama Hengqin antara Zhuhai dan Makau perlahan terungkap. Salah satu serat optik lintas batas menarik perhatian. Ia melewati Zhuhai dan Makau untuk mewujudkan interkoneksi daya komputasi dan pembagian sumber daya dari Makau ke Hengqin, dan membangun saluran informasi. Shanghai juga mempromosikan proyek peningkatan dan transformasi jaringan komunikasi semua serat "optik menjadi tembaga kembali" untuk memastikan pembangunan ekonomi berkualitas tinggi dan layanan komunikasi yang lebih baik bagi penduduk.
Dengan pesatnya perkembangan teknologi Internet, permintaan pengguna akan lalu lintas Internet semakin 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 di bidang ilmu pengetahuan dan teknologi serta masyarakat. Sebagai penerapan penting teknologi laser, teknologi informasi laser yang diwakili oleh teknologi komunikasi serat optik telah membangun kerangka jaringan komunikasi modern dan menjadi bagian penting dalam transmisi informasi. Teknologi komunikasi serat optik merupakan kekuatan pendukung penting dunia Internet saat ini, dan juga merupakan salah satu teknologi inti era informasi.
Dengan terus bermunculannya berbagai teknologi baru seperti Internet of Things, big data, virtual reality, kecerdasan buatan (AI), komunikasi seluler generasi kelima (5G), dan teknologi lainnya, tuntutan yang semakin tinggi terhadap 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 tulang punggung jaringan komunikasi, berada di bawah tekanan besar untuk ditingkatkan. Sistem dan jaringan komunikasi serat optik berkecepatan tinggi dan berkapasitas besar akan menjadi arah utama pengembangan teknologi komunikasi serat optik.
Sejarah Perkembangan dan Status Penelitian Teknologi Komunikasi Serat Optik
Laser rubi pertama 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 diwujudkan untuk 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 penemunya menyadari potensi penerapannya yang penting dalam bidang komunikasi. Namun, ada dua kelemahan yang jelas dalam teknologi komunikasi laser: pertama, sejumlah besar energi akan hilang karena divergensi sinar laser; yang lainnya adalah hal ini sangat dipengaruhi oleh lingkungan aplikasi, misalnya aplikasi di lingkungan atmosfer akan sangat dipengaruhi oleh perubahan kondisi cuaca. Oleh karena itu, untuk komunikasi laser, pandu gelombang optik yang sesuai sangatlah penting.
Serat optik yang digunakan untuk komunikasi yang diusulkan oleh Dr. Kao Kung, pemenang Hadiah Nobel bidang fisika, memenuhi kebutuhan teknologi komunikasi laser untuk pandu gelombang. Dia mengusulkan bahwa hilangnya serat optik kaca akibat hamburan Rayleigh bisa sangat rendah (kurang dari 20 dB/km), dan kehilangan daya dalam serat optik terutama berasal dari penyerapan cahaya oleh kotoran dalam bahan kaca, jadi pemurnian bahan adalah kuncinya. untuk mengurangi kehilangan serat optik Key, 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 20dB/km sesuai dengan saran pemurnian Dr. Kao, menjadikan serat optik menjadi kenyataan untuk media transmisi komunikasi. Setelah penelitian dan pengembangan berkelanjutan, hilangnya serat optik berbasis kuarsa mendekati batas teoritis. Sejauh ini kondisi komunikasi serat optik telah terpenuhi sepenuhnya.
Sistem komunikasi serat optik awal semuanya 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 berlanjut sejak teknologi komunikasi serat optik generasi pertama pada tahun 1970an hingga awal tahun 1990an.
Untuk meningkatkan pemanfaatan spektrum dalam bandwidth, kita perlu memulai dari dua aspek: pertama adalah menggunakan teknologi untuk mendekati batas Shannon, namun peningkatan efisiensi spektrum telah meningkatkan persyaratan rasio telekomunikasi terhadap kebisingan, sehingga mengurangi jarak transmisi; yang lainnya 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, pada ujung penerima, lampu sinyal dan lampu osilator lokal didekomposisi menjadi dua berkas cahaya yang keadaan polarisasinya ortogonal satu sama lain. Dengan cara ini, penerimaan yang tidak sensitif terhadap polarisasi dapat dicapai. Selain itu, harus ditunjukkan bahwa saat ini, pelacakan frekuensi, pemulihan fase pembawa, pemerataan, sinkronisasi, pelacakan polarisasi dan demultiplexing pada sisi penerima semuanya dapat diselesaikan dengan teknologi pemrosesan sinyal digital (DSP), yang sangat menyederhanakan perangkat keras. desain penerima, dan peningkatan kemampuan pemulihan sinyal.
Beberapa Tantangan dan Pertimbangan yang Menghadapi Perkembangan Teknologi Komunikasi Serat Optik
Melalui penerapan berbagai teknologi, kalangan akademisi dan industri pada dasarnya telah mencapai batas efisiensi spektral sistem komunikasi serat optik. Untuk terus meningkatkan kapasitas transmisi hanya dapat dicapai dengan meningkatkan bandwidth sistem B (peningkatan 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 efektif penampang serat secara tepat, maka solusi untuk meningkatkan daya adalah dengan menggunakan serat beberapa mode daripada serat mode tunggal untuk transmisi. Selain itu, solusi paling umum saat ini untuk efek nonlinier adalah dengan menggunakan algoritma digital backpropagation (DBP), namun peningkatan kinerja algoritma akan menyebabkan peningkatan kompleksitas komputasi. Baru-baru ini, penelitian teknologi pembelajaran mesin dalam kompensasi nonlinier telah menunjukkan prospek penerapan yang baik, yang sangat mengurangi kompleksitas algoritma, sehingga desain sistem DBP dapat dibantu oleh pembelajaran mesin di masa depan.
2. Tingkatkan bandwidth penguat optik
Peningkatan bandwidth dapat menembus batasan rentang frekuensi EDFA. Selain C-band dan L-band, S-band juga dapat dimasukkan dalam jangkauan aplikasi, dan penguat SOA atau Raman dapat digunakan untuk amplifikasi. Namun serat optik yang ada memiliki loss yang besar pada pita frekuensi selain S-band, sehingga perlu dirancang jenis serat optik baru untuk mengurangi loss transmisi. Namun untuk pita lainnya, teknologi amplifikasi optik yang tersedia secara komersial juga merupakan tantangan.
3. Penelitian serat optik dengan loss transmisi rendah
Penelitian tentang serat dengan kehilangan transmisi rendah adalah salah satu isu paling kritis dalam bidang ini. Serat inti berongga (HCF) memiliki kemungkinan kehilangan transmisi yang lebih rendah, yang akan mengurangi waktu tunda transmisi serat dan dapat menghilangkan sebagian besar masalah serat nonlinier.
4. Penelitian tentang teknologi terkait multiplexing divisi ruang angkasa
Teknologi space-division multiplexing merupakan solusi efektif untuk meningkatkan kapasitas satu fiber. Secara khusus, serat optik multi-inti digunakan untuk transmisi, dan kapasitas serat tunggal menjadi dua kali lipat. Masalah inti dalam hal ini adalah apakah terdapat penguat optik dengan efisiensi lebih tinggi. , jika tidak maka 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 berupa multipleksing Beam yang memberikan tingkat kebebasan baru dan meningkatkan kapasitas sistem komunikasi optik. Ini memiliki prospek penerapan yang luas dalam teknologi komunikasi serat optik, namun penelitian tentang amplifier optik terkait juga merupakan tantangan. Selain itu, cara menyeimbangkan kompleksitas sistem yang disebabkan oleh penundaan kelompok mode diferensial dan teknologi pemerataan digital multi-input dan output ganda juga patut diperhatikan.
Prospek Perkembangan Teknologi Komunikasi Serat Optik
Teknologi komunikasi serat optik telah berkembang dari transmisi awal berkecepatan rendah hingga transmisi berkecepatan tinggi saat ini, dan telah menjadi salah satu teknologi tulang punggung yang mendukung masyarakat informasi, dan telah membentuk disiplin ilmu dan bidang sosial yang sangat besar. Di masa depan, seiring dengan meningkatnya permintaan masyarakat akan transmisi informasi, 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 penghidupan masyarakat serta membantu negara membangun informasi. masyarakat memegang peranan penting. CeiTa telah bekerja sama dengan sejumlah organisasi bencana alam, yang dapat memprediksi peringatan keselamatan regional seperti gempa bumi, banjir, dan tsunami. Hanya perlu terhubung ke ONU CeiTa. Ketika terjadi bencana alam, 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 masih kurang. Karena besarnya kapasitas satu fiber, terjadinya kegagalan fiber akan berdampak besar terhadap perekonomian dan masyarakat. Oleh karena itu, pemantauan parameter jaringan sangat penting untuk pengembangan jaringan cerdas di masa depan. Arah penelitian yang perlu diperhatikan dalam aspek ini ke depan antara lain: 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 sensitif fase.
(2) Teknologi dan sistem terintegrasi
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 yang berkelanjutan. Namun, karena masalah pemulihan fase dan polarisasi, integrasi sistem yang koheren masih relatif sulit. Selain itu, jika sistem optik-listrik-optik terintegrasi berskala 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, tidak mungkin untuk mempromosikan sinyal semua optik secara luas seperti semua optik 2R (amplifikasi ulang, pembentukan ulang), 3R (amplifikasi ulang). , re-timing, dan re-shaping) di bidang komunikasi optik. teknologi pengolahan. Oleh karena itu, dalam hal teknologi dan sistem integrasi, arah penelitian di masa depan adalah sebagai berikut: Meskipun penelitian yang ada tentang sistem multiplexing divisi ruang angkasa relatif kaya, komponen kunci dari sistem multiplexing divisi ruang angkasa belum mencapai terobosan teknologi di bidang akademis dan industri, dan diperlukan penguatan lebih lanjut. Penelitian, seperti laser dan modulator terintegrasi, penerima terintegrasi dua dimensi, amplifier optik terintegrasi dengan efisiensi energi tinggi, dll.; jenis serat optik baru dapat memperluas bandwidth sistem secara signifikan, namun 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 dalam tautan komunikasi.
(3) Perangkat komunikasi optik
Pada perangkat komunikasi optik, penelitian dan pengembangan perangkat fotonik silikon telah mencapai hasil awal. Namun, saat ini penelitian terkait dalam negeri sebagian besar didasarkan pada perangkat pasif, dan penelitian terhadap perangkat aktif relatif lemah. Dalam hal perangkat komunikasi optik, arah penelitian ke depan meliputi: penelitian integrasi perangkat aktif dan perangkat optik silikon; penelitian teknologi integrasi perangkat optik non-silikon, seperti penelitian teknologi integrasi material dan substrat III-V; pengembangan lebih lanjut penelitian dan pengembangan perangkat baru. Tindak lanjutnya, seperti pandu gelombang optik lithium niobate terintegrasi dengan keunggulan kecepatan tinggi dan konsumsi daya rendah.
Waktu posting: 03 Agustus-2023
