För inte så länge sedan började halvårssvarsbladet för den gemensamma utvecklingen av Hengqin mellan Zhuhai och Macao sakta att utvecklas.En av de gränsöverskridande optiska fibrerna väckte uppmärksamhet.Den passerade genom Zhuhai och Macao för att realisera sammankoppling av datorkraft och resursdelning från Macao till Hengqin, och bygga en informationskanal.Shanghai främjar också uppgraderings- och omvandlingsprojektet av det "optiska till kopparbaksida" helt fiberkommunikationsnätverk för att säkerställa högkvalitativ ekonomisk utveckling och bättre kommunikationstjänster för invånarna.
Med den snabba utvecklingen av internetteknik ökar användarnas efterfrågan på internettrafik dag för dag, hur man kan förbättra kapaciteten för optisk fiberkommunikation har blivit ett akut problem att lösa.
Sedan uppkomsten av optisk fiberkommunikationsteknik har den medfört stora förändringar inom vetenskap och teknik och samhälle.Som en viktig tillämpning av laserteknik har laserinformationsteknik representerad av optisk fiberkommunikationsteknik byggt ramverket för moderna kommunikationsnätverk och blivit en viktig del av informationsöverföring.Optisk fiberkommunikationsteknik är en viktig bärkraft för den nuvarande internetvärlden, och den är också en av informationsålderns kärnteknologier.
Med den kontinuerliga framväxten av olika framväxande teknologier såsom Internet of Things, big data, virtuell verklighet, artificiell intelligens (AI), femte generationens mobilkommunikation (5G) och andra teknologier ställs högre krav på informationsutbyte och överföring.Enligt forskningsdata som släpptes av Cisco 2019 kommer den globala årliga IP-trafiken att öka från 1,5ZB (1ZB=1021B) 2017 till 4,8ZB 2022, med en sammansatt årlig tillväxttakt på 26%.Inför tillväxttrenden med hög trafik är optisk fiberkommunikation, som den mest ryggraden i kommunikationsnätverket, under enorm press att uppgradera.Höghastighets-, optiska fiberkommunikationssystem och nätverk med stor kapacitet kommer att vara den vanliga utvecklingsriktningen för optisk fiberkommunikationsteknik.
Utvecklingshistoria och forskningsstatus för kommunikationsteknik för optisk fiber
Den första rubinlasern utvecklades 1960, efter upptäckten av hur lasrar fungerar av Arthur Showlow och Charles Townes 1958. Sedan, 1970, utvecklades framgångsrikt den första AlGaAs-halvledarlasern som kunde arbeta kontinuerligt vid rumstemperatur, och 1977, halvledarlasern realiserades för att arbeta kontinuerligt i tiotusentals timmar i en praktisk miljö.
Hittills har lasrar förutsättningar för kommersiell optisk fiberkommunikation.Från början av uppfinningen av lasern insåg uppfinnarna dess viktiga potentiella tillämpning inom kommunikationsområdet.Det finns dock två uppenbara brister i laserkommunikationsteknik: den ena är att en stor mängd energi kommer att gå förlorad på grund av laserstrålens divergens;den andra är att den i hög grad påverkas av applikationsmiljön, som applikationen i den atmosfäriska miljön kommer att vara avsevärt föremål för förändringar i väderförhållandena.Därför är en lämplig optisk vågledare mycket viktig för laserkommunikation.
Den optiska fiber som används för kommunikation som föreslagits av Dr. Kao Kung, Nobelpristagaren i fysik, uppfyller behoven hos laserkommunikationsteknik för vågledare.Han föreslog att Rayleigh-spridningsförlusten av glasoptisk fiber kan vara mycket låg (mindre än 20 dB/km), och effektförlusten i optisk fiber kommer huvudsakligen från absorptionen av ljus av föroreningar i glasmaterial, så materialrening är nyckeln för att minska förlusten av optisk fiber Key, och påpekade också att single-mode överföring är viktigt för att upprätthålla god kommunikationsprestanda.
1970 utvecklade Corning Glass Company en kvartsbaserad multimodoptisk fiber med en förlust på cirka 20dB/km enligt Dr. Kaos reningsförslag, vilket gjorde optisk fiber till en verklighet för kommunikationsöverföringsmedia.Efter kontinuerlig forskning och utveckling närmade sig förlusten av kvartsbaserade optiska fibrer den teoretiska gränsen.Hittills har villkoren för optisk fiberkommunikation varit helt uppfyllda.
Tidiga optiska fiberkommunikationssystem antog alla mottagningsmetoden för direkt detektering.Detta är en relativt enkel kommunikationsmetod för optisk fiber.PD är en kvadratisk detektor, och endast intensiteten av den optiska signalen kan detekteras.Denna direktdetekteringsmottagningsmetod har fortsatt från den första generationen av optisk fiberkommunikationsteknologi på 1970-talet till början av 1990-talet.
För att öka spektrumanvändningen inom bandbredden måste vi utgå från två aspekter: den ena är att använda teknik för att närma sig Shannon-gränsen, men ökningen av spektrumeffektiviteten har ökat kraven på förhållandet mellan telekommunikation och brus och därmed minskat överföringsavstånd;den andra är att utnyttja fasen fullt ut. Polarisationstillståndets informationsbärande kapacitet används för överföring, vilket är andra generationens koherenta optiska kommunikationssystem.
Den andra generationens koherenta optiska kommunikationssystem använder en optisk mixer för intradyne-detektering och antar polarisationsdiversitetsmottagning, det vill säga vid den mottagande änden bryts signalljuset och lokaloscillatorljuset upp i två ljusstrålar vars polarisationstillstånd är ortogonala till varandra.På detta sätt kan polarisationsokänslig mottagning uppnås.Dessutom bör det påpekas att vid denna tidpunkt kan frekvensspårning, bärvågsfasåterställning, utjämning, synkronisering, polarisationsspårning och demultiplexering vid den mottagande änden alla utföras med digital signalbehandlingsteknik (DSP), vilket avsevärt förenklar hårdvaran. design av mottagaren och förbättrad signalåterställningsförmåga.
Några utmaningar och överväganden inför utvecklingen av optisk fiberkommunikationsteknik
Genom tillämpningen av olika teknologier har de akademiska kretsarna och industrin i princip nått gränsen för spektraleffektiviteten hos det optiska fiberkommunikationssystemet.För att fortsätta att öka överföringskapaciteten kan det endast uppnås genom att öka systemets bandbredd B (linjärt ökande kapacitet) eller öka signal-brusförhållandet.Den specifika diskussionen är som följer.
1. Lösning för att öka sändningseffekten
Eftersom den olinjära effekten som orsakas av högeffektsöverföring kan reduceras genom att korrekt öka den effektiva arean av fibertvärsnittet, är det en lösning att öka effekten för att använda fåmodsfiber istället för enkelmodsfiber för överföring.Dessutom är den nuvarande vanligaste lösningen för icke-linjära effekter att använda algoritmen för digital backpropagation (DBP), men förbättringen av algoritmens prestanda kommer att leda till en ökning av beräkningskomplexiteten.Nyligen har forskningen inom maskininlärningsteknik i icke-linjär kompensation visat på goda applikationsmöjligheter, vilket avsevärt minskar komplexiteten i algoritmen, så designen av DBP-systemet kan assisteras av maskininlärning i framtiden.
2. Öka den optiska förstärkarens bandbredd
Att öka bandbredden kan bryta igenom begränsningen av frekvensområdet för EDFA.Förutom C-bandet och L-bandet kan även S-bandet ingå i applikationsområdet och SOA- eller Raman-förstärkaren kan användas för förstärkning.Den befintliga optiska fibern har dock en stor förlust i andra frekvensband än S-bandet, och det är nödvändigt att designa en ny typ av optisk fiber för att minska överföringsförlusten.Men för resten av banden är kommersiellt tillgänglig optisk förstärkningsteknik också en utmaning.
3. Forskning om optisk fiber med låg överföringsförlust
Forskning om fiber med låg överföringsförlust är en av de mest kritiska frågorna inom detta område.Hollow core fiber (HCF) har möjlighet till lägre överföringsförluster, vilket kommer att minska tidsfördröjningen av fiberöverföring och kan eliminera det olinjära problemet med fiber i stor utsträckning.
4. Forskning om rymddivisionsmultiplexeringsrelaterade teknologier
Space-division multiplexing-teknik är en effektiv lösning för att öka kapaciteten hos en enskild fiber.Specifikt används optisk fiber med flera kärnor för överföring och kapaciteten för en enkel fiber fördubblas.Kärnfrågan i detta avseende är om det finns en optisk förstärkare med högre effektivitet., annars kan den bara vara likvärdig med flera enkärniga optiska fibrer;använder mode-division multiplexing-teknik inklusive linjär polariseringsläge, OAM-stråle baserad på fassingularitet och cylindrisk vektorstråle baserad på polarisationssingularitet, sådan teknik kan vara Beam-multiplexering ger en ny grad av frihet och förbättrar kapaciteten hos optiska kommunikationssystem.Den har breda tillämpningsmöjligheter inom optisk fiberkommunikationsteknik, men forskningen om relaterade optiska förstärkare är också en utmaning.Dessutom är det också värt att uppmärksamma hur man balanserar systemkomplexiteten orsakad av gruppfördröjning i differentialläge och digital utjämningsteknik med flera ingångar.
Utsikter för utveckling av optisk fiberkommunikationsteknik
Optisk fiberkommunikationsteknik har utvecklats från den första låghastighetsöverföringen till den nuvarande höghastighetsöverföringen och har blivit en av ryggradsteknikerna som stöder informationssamhället och har bildat en enorm disciplin och socialt område.I framtiden, när samhällets efterfrågan på informationsöverföring fortsätter att öka, kommer optiska fiberkommunikationssystem och nätverkstekniker att utvecklas mot ultra-stor kapacitet, intelligens och integration.Samtidigt som de förbättrar överföringsprestanda kommer de att fortsätta att minska kostnaderna och tjäna folkets försörjning och hjälpa landet att bygga information.samhället spelar en viktig roll.CeiTa har samarbetat med ett antal naturkatastroferorganisationer som kan förutsäga regionala säkerhetsvarningar som jordbävningar, översvämningar och tsunamier.Den behöver bara vara ansluten till ONU av CeiTa.När en naturkatastrof inträffar kommer jordbävningsstationen att utfärda en tidig varning.Terminalen under ONU Alerts kommer att synkroniseras.
(1) Intelligent optiskt nätverk
Jämfört med det trådlösa kommunikationssystemet är det optiska kommunikationssystemet och nätverket för det intelligenta optiska nätverket fortfarande i inledningsskedet när det gäller nätverkskonfiguration, nätverksunderhåll och feldiagnos, och graden av intelligens är otillräcklig.På grund av den enorma kapaciteten hos en enskild fiber kommer förekomsten av fiberfel att ha stor inverkan på ekonomin och samhället.Därför är övervakningen av nätverksparametrar mycket viktig för utvecklingen av framtida intelligenta nätverk.De forskningsinriktningar som måste uppmärksammas i denna aspekt i framtiden inkluderar: systemparameterövervakningssystem baserat på förenklad koherent teknik och maskininlärning, fysisk kvantitetsövervakningsteknik baserad på koherent signalanalys och faskänslig optisk tidsdomänreflektion.
(2) Integrerad teknik och system
Huvudsyftet med enhetsintegration är att minska kostnaderna.Inom optisk fiberkommunikationsteknik kan kortdistans höghastighetsöverföring av signaler realiseras genom kontinuerlig signalregenerering.På grund av problemen med återhämtning av fas och polariseringstillstånd är integrationen av koherenta system fortfarande relativt svår.Dessutom, om ett storskaligt integrerat optiskt-elektriskt-optiskt system kan realiseras, kommer också systemkapaciteten att förbättras avsevärt.Men på grund av faktorer som låg teknisk effektivitet, hög komplexitet och svårigheter att integrera, är det omöjligt att allmänt främja helt optiska signaler som helt optiska 2R (omförstärkning, omformning), 3R (omförstärkning). , re-timing och re-shaping) inom området optisk kommunikation.bearbetningsteknik.När det gäller integrationsteknik och system är därför de framtida forskningsriktningarna följande: Även om den befintliga forskningen om rymddivisionsmultiplexeringssystem är relativt rik, har nyckelkomponenterna i rymddivisionsmultiplexsystem ännu inte uppnått tekniska genombrott inom akademin och industrin, och ytterligare förstärkning behövs.Forskning, såsom integrerade lasrar och modulatorer, tvådimensionella integrerade mottagare, högenergieffektiva integrerade optiska förstärkare, etc.;nya typer av optiska fibrer kan avsevärt utöka systemets bandbredd, men ytterligare forskning behövs fortfarande för att säkerställa att deras omfattande prestanda och tillverkningsprocesser kan nå den befintliga singelnivån för modfiber;studera olika enheter som kan användas med den nya fibern i kommunikationslänken.
(3) Optiska kommunikationsanordningar
Inom optiska kommunikationsenheter har forskning och utveckling av kiselfotoniska enheter uppnått initiala resultat.Men för närvarande är inhemsk forskning huvudsakligen baserad på passiva enheter, och forskningen om aktiva enheter är relativt svag.När det gäller optiska kommunikationsenheter inkluderar de framtida forskningsriktningarna: integrationsforskning av aktiva enheter och optiska kiselenheter;forskning om integreringsteknik för optiska enheter som inte är av kisel, såsom forskning om integrationsteknik för III-V-material och substrat;vidareutveckling av forskning och utveckling av nya enheter.Uppföljning, såsom integrerad litiumniobat optisk vågledare med fördelarna med hög hastighet och låg strömförbrukning.
Posttid: Aug-03-2023
