Nog niet zo lang geleden ontvouwde zich halverwege het jaar het antwoordblad voor de gezamenlijke ontwikkeling van Hengqin tussen Zhuhai en Macau. Eén van de grensoverschrijdende optische vezels trok de aandacht. Het ging via Zhuhai en Macau om de onderlinge verbinding van rekenkracht en het delen van hulpbronnen van Macau naar Hengqin te realiseren, en om een informatiekanaal op te bouwen. Shanghai bevordert ook het moderniserings- en transformatieproject van het volledig glasvezelcommunicatienetwerk "optisch naar koper terug" om hoogwaardige economische ontwikkeling en betere communicatiediensten voor de inwoners te garanderen.
Met de snelle ontwikkeling van internettechnologie neemt de vraag van gebruikers naar internetverkeer met de dag toe. Het verbeteren van de capaciteit van glasvezelcommunicatie is een urgent probleem geworden dat moet worden opgelost.
Sinds de opkomst van de glasvezelcommunicatietechnologie heeft deze grote veranderingen teweeggebracht op het gebied van wetenschap, technologie en samenleving. Als belangrijke toepassing van lasertechnologie heeft laserinformatietechnologie, vertegenwoordigd door optische vezelcommunicatietechnologie, het raamwerk van een modern communicatienetwerk opgebouwd en is het een belangrijk onderdeel geworden van de informatieoverdracht. Communicatietechnologie via optische vezels is een belangrijke drager van de huidige internetwereld en tevens een van de kerntechnologieën van het informatietijdperk.
Met de voortdurende opkomst van verschillende opkomende technologieën zoals het internet der dingen, big data, virtual reality, kunstmatige intelligentie (AI), mobiele communicatie van de vijfde generatie (5G) en andere technologieën worden hogere eisen gesteld aan de uitwisseling en transmissie van informatie. Volgens onderzoeksgegevens die Cisco in 2019 heeft vrijgegeven, zal het wereldwijde jaarlijkse IP-verkeer toenemen van 1,5 ZB (1ZB=1021 miljard) in 2017 tot 4,8 ZB in 2022, met een samengesteld jaarlijks groeipercentage van 26%. Geconfronteerd met de groeitrend van veel verkeer, staat glasvezelcommunicatie, als het meest backbone-onderdeel van het communicatienetwerk, onder enorme druk om te upgraden. Snelle glasvezelcommunicatiesystemen en -netwerken met grote capaciteit zullen de belangrijkste ontwikkelingsrichting van optische vezelcommunicatietechnologie zijn.
Ontwikkelingsgeschiedenis en onderzoeksstatus van optische vezelcommunicatietechnologie
De eerste robijnrode laser werd ontwikkeld in 1960, na de ontdekking van de werking van lasers door Arthur Showlow en Charles Townes in 1958. Vervolgens werd in 1970 met succes de eerste AlGaAs-halfgeleiderlaser ontwikkeld die continu bij kamertemperatuur kon werken, en in 1977 werd de eerste robijnlaser ontwikkeld. de halfgeleiderlaser werd gerealiseerd om tienduizenden uren continu te werken in een praktische omgeving.
Tot nu toe voldoen lasers aan de vereisten voor commerciële glasvezelcommunicatie. Vanaf het begin van de uitvinding van de laser erkenden de uitvinders de belangrijke potentiële toepassing ervan op het gebied van communicatie. Er zijn echter twee duidelijke tekortkomingen in de lasercommunicatietechnologie: de ene is dat er een grote hoeveelheid energie verloren zal gaan als gevolg van de divergentie van de laserstraal; de andere is dat het sterk wordt beïnvloed door de toepassingsomgeving, aangezien de toepassing in de atmosferische omgeving aanzienlijk onderhevig zal zijn aan veranderingen in de weersomstandigheden. Daarom is voor lasercommunicatie een geschikte optische golfgeleider van groot belang.
De optische vezel die wordt gebruikt voor communicatie, voorgesteld door Dr. Kao Kung, de Nobelprijswinnaar voor de natuurkunde, voldoet aan de behoeften van lasercommunicatietechnologie voor golfgeleiders. Hij stelde voor dat het Rayleigh-verstrooiingsverlies van optische glasvezels zeer laag kan zijn (minder dan 20 dB/km), en dat het vermogensverlies in optische vezels voornamelijk voortkomt uit de absorptie van licht door onzuiverheden in glasmaterialen, dus materiaalzuivering is de sleutel. om het verlies aan optische vezels te verminderen Key, en wees er ook op dat single-mode transmissie belangrijk is om goede communicatieprestaties te behouden.
In 1970 ontwikkelde Corning Glass Company een op kwarts gebaseerde multimode optische vezel met een verlies van ongeveer 20 dB/km volgens de zuiveringssuggestie van Dr. Kao, waardoor optische vezels een realiteit werden voor communicatietransmissiemedia. Na voortdurend onderzoek en ontwikkeling naderde het verlies aan op kwarts gebaseerde optische vezels de theoretische limiet. Tot nu toe is volledig voldaan aan de voorwaarden voor glasvezelcommunicatie.
Vroege optische vezelcommunicatiesystemen gebruikten allemaal de ontvangstmethode van directe detectie. Dit is een relatief eenvoudige glasvezelcommunicatiemethode. PD is een kwadratische detector en alleen de intensiteit van het optische signaal kan worden gedetecteerd. Deze directe detectie-ontvangstmethode is voortgezet vanaf de eerste generatie optische vezelcommunicatietechnologie in de jaren zeventig tot begin jaren negentig.
Om het spectrumgebruik binnen de bandbreedte te vergroten, moeten we uitgaan van twee aspecten: ten eerste moeten we technologie gebruiken om de Shannon-limiet te benaderen, maar de toename van de spectrumefficiëntie heeft de vereisten voor de telecommunicatie-ruisverhouding verhoogd, waardoor de transmissie afstand; de andere is om volledig gebruik te maken van de fase. Het informatiedragende vermogen van de polarisatietoestand wordt gebruikt voor transmissie, wat het coherente optische communicatiesysteem van de tweede generatie is.
Het coherente optische communicatiesysteem van de tweede generatie maakt gebruik van een optische mixer voor intradyne-detectie en maakt gebruik van polarisatiediversiteitsontvangst, dat wil zeggen dat aan de ontvangende kant het signaallicht en het lokale oscillatorlicht worden ontleed in twee lichtbundels waarvan de polarisatietoestanden orthogonaal zijn. naar elkaar. Op deze manier kan een polarisatie-ongevoelige ontvangst worden bereikt. Bovendien moet erop worden gewezen dat op dit moment frequentietracking, draaggolffaseherstel, egalisatie, synchronisatie, polarisatietracking en demultiplexing aan de ontvangende kant allemaal kunnen worden voltooid door digitale signaalverwerkingstechnologie (DSP), wat de hardware aanzienlijk vereenvoudigt. ontwerp van de ontvanger en verbeterde signaalherstelmogelijkheden.
Enkele uitdagingen en overwegingen waarmee de ontwikkeling van optische vezelcommunicatietechnologie wordt geconfronteerd
Door de toepassing van verschillende technologieën hebben academische kringen en de industrie feitelijk de grens bereikt van de spectrale efficiëntie van het optische vezelcommunicatiesysteem. Om de transmissiecapaciteit verder te vergroten, kan dit alleen worden bereikt door de systeembandbreedte B te vergroten (lineair toenemende capaciteit) of door de signaal-ruisverhouding te vergroten. De specifieke discussie is als volgt.
1. Oplossing om het zendvermogen te vergroten
Omdat het niet-lineaire effect dat wordt veroorzaakt door transmissie met hoog vermogen kan worden verminderd door het effectieve oppervlak van de vezeldoorsnede op de juiste manier te vergroten, is het een oplossing om het vermogen te vergroten door voor transmissie gebruik te maken van een paar mode-vezels in plaats van single-mode vezels. Bovendien is de huidige meest gebruikelijke oplossing voor niet-lineaire effecten het gebruik van het Digital Backpropagation (DBP)-algoritme, maar de verbetering van de algoritmeprestaties zal leiden tot een toename van de rekencomplexiteit. Onlangs heeft het onderzoek naar machinale leertechnologie bij niet-lineaire compensatie een goed toepassingsperspectief aangetoond, waardoor de complexiteit van het algoritme aanzienlijk wordt verminderd, zodat het ontwerp van het DBP-systeem in de toekomst kan worden ondersteund door machinaal leren.
2. Vergroot de bandbreedte van de optische versterker
Het vergroten van de bandbreedte kan de beperking van het frequentiebereik van EDFA doorbreken. Naast de C-band en L-band kan ook de S-band tot het toepassingsbereik worden gerekend en kan voor versterking de SOA- of Raman-versterker worden gebruikt. De bestaande optische vezel heeft echter een groot verlies in andere frequentiebanden dan de S-band, en het is noodzakelijk een nieuw type optische vezel te ontwerpen om het transmissieverlies te verminderen. Maar voor de rest van de banden is de commercieel verkrijgbare optische versterkingstechnologie ook een uitdaging.
3. Onderzoek naar optische vezels met laag transmissieverlies
Onderzoek naar glasvezel met laag transmissieverlies is een van de meest kritische kwesties op dit gebied. Holle kernvezels (HCF) hebben de mogelijkheid van een lager transmissieverlies, wat de tijdsvertraging van vezeltransmissie zal verminderen en het niet-lineaire probleem van vezels voor een groot deel kan elimineren.
4. Onderzoek naar technologieën die verband houden met multiplexing van ruimtedivisies
Space-division multiplexing-technologie is een effectieve oplossing om de capaciteit van een enkele vezel te vergroten. Concreet wordt voor de transmissie multi-core optische vezel gebruikt en wordt de capaciteit van een enkele vezel verdubbeld. De kernvraag in dit verband is of er een optische versterker met een hoger rendement bestaat. , anders kan het alleen gelijkwaardig zijn aan meerdere optische vezels met één kern; Door gebruik te maken van mode-division multiplexing-technologie, waaronder lineaire polarisatiemodus, OAM-bundel gebaseerd op fase-singulariteit en cilindrische vectorbundel gebaseerd op polarisatie-singulariteit, kan een dergelijke technologie worden Beam-multiplexing biedt een nieuwe mate van vrijheid en verbetert de capaciteit van optische communicatiesystemen. Het heeft brede toepassingsmogelijkheden in de glasvezelcommunicatietechnologie, maar het onderzoek naar gerelateerde optische versterkers is ook een uitdaging. Bovendien is het ook de moeite waard om aandacht te besteden aan het balanceren van de systeemcomplexiteit die wordt veroorzaakt door groepsvertraging met differentiële modus en digitale equalisatietechnologie met meerdere ingangen en meerdere uitgangen.
Vooruitzichten voor de ontwikkeling van optische vezelcommunicatietechnologie
De optische vezelcommunicatietechnologie heeft zich ontwikkeld van de aanvankelijke transmissie op lage snelheid tot de huidige hogesnelheidstransmissie, en is een van de ruggengraattechnologieën geworden die de informatiemaatschappij ondersteunen, en heeft een enorme discipline en sociaal veld gevormd. In de toekomst, naarmate de maatschappelijke vraag naar informatieoverdracht blijft toenemen, zullen optische vezelcommunicatiesystemen en netwerktechnologieën evolueren naar ultragrote capaciteit, intelligentie en integratie. Terwijl ze de transmissieprestaties verbeteren, zullen ze doorgaan met het verlagen van de kosten, het levensonderhoud van de bevolking dienen en het land helpen informatie op te bouwen. de samenleving speelt een belangrijke rol. CeiTa heeft samengewerkt met een aantal natuurrampenorganisaties, die regionale veiligheidswaarschuwingen zoals aardbevingen, overstromingen en tsunami's kunnen voorspellen. Het hoeft alleen maar te worden aangesloten op de ONU van CeiTa. Wanneer zich een natuurramp voordoet, zal het aardbevingsstation een vroegtijdige waarschuwing geven. De terminal onder de ONU Alerts wordt gesynchroniseerd.
(1) Intelligent optisch netwerk
Vergeleken met het draadloze communicatiesysteem bevinden het optische communicatiesysteem en het netwerk van het intelligente optische netwerk zich nog in de beginfase in termen van netwerkconfiguratie, netwerkonderhoud en foutdiagnose, en de mate van intelligentie is onvoldoende. Vanwege de enorme capaciteit van één enkele vezel zal het optreden van een vezelstoring een grote impact hebben op de economie en de samenleving. Daarom is het monitoren van netwerkparameters erg belangrijk voor de ontwikkeling van toekomstige intelligente netwerken. De onderzoeksrichtingen waar in de toekomst op dit aspect aandacht aan moet worden besteed, zijn onder meer: systeemparametermonitoringsysteem gebaseerd op vereenvoudigde coherente technologie en machinaal leren, fysieke kwantiteitsmonitoringstechnologie gebaseerd op coherente signaalanalyse en fasegevoelige optische tijddomeinreflectie.
(2) Geïntegreerde technologie en systeem
Het kerndoel van apparaatintegratie is het verlagen van de kosten. In optische vezelcommunicatietechnologie kan hogesnelheidsoverdracht van signalen over korte afstanden worden gerealiseerd door middel van continue signaalregeneratie. Vanwege de problemen van fase- en polarisatiestaatherstel is de integratie van coherente systemen echter nog steeds relatief moeilijk. Als er bovendien een grootschalig geïntegreerd optisch-elektrisch-optisch systeem kan worden gerealiseerd, zal de systeemcapaciteit ook aanzienlijk worden verbeterd. Vanwege factoren als een lage technische efficiëntie, hoge complexiteit en moeilijkheden bij de integratie is het echter onmogelijk om volledig optische signalen zoals volledig optische 2R (herversterking, hervormgeving), 3R (herversterking) op grote schaal te promoten. , re-timing en re-shaping) op het gebied van optische communicatie. verwerkingstechnologie. Daarom zijn de toekomstige onderzoeksrichtingen, in termen van integratietechnologie en systemen, als volgt: Hoewel het bestaande onderzoek naar multiplexsystemen voor ruimteverdeling relatief rijk is, hebben de belangrijkste componenten van multiplexsystemen voor ruimteverdeling nog geen technologische doorbraken bereikt in de academische wereld en de industrie. en verdere versterking is nodig. Onderzoek, zoals geïntegreerde lasers en modulators, tweedimensionale geïntegreerde ontvangers, geïntegreerde optische versterkers met hoge energie-efficiëntie, enz.; nieuwe soorten optische vezels kunnen de systeembandbreedte aanzienlijk vergroten, maar verder onderzoek is nog steeds nodig om ervoor te zorgen dat hun alomvattende prestatie- en productieprocessen het bestaande niveau van mode-vezel kunnen bereiken; verschillende apparaten bestuderen die kunnen worden gebruikt met de nieuwe glasvezel in de communicatieverbinding.
(3) Optische communicatieapparatuur
Op het gebied van optische communicatieapparatuur heeft het onderzoek en de ontwikkeling van siliciumfotonische apparaten de eerste resultaten opgeleverd. Momenteel is binnenlands onderzoek echter voornamelijk gebaseerd op passieve apparaten, terwijl het onderzoek naar actieve apparaten relatief zwak is. Op het gebied van optische communicatieapparatuur omvatten de toekomstige onderzoeksrichtingen: integratieonderzoek van actieve apparaten en optische siliciumapparaten; onderzoek naar integratietechnologie van optische apparaten zonder silicium, zoals onderzoek naar integratietechnologie van III-V-materialen en substraten; verdere ontwikkeling van onderzoek en ontwikkeling van nieuwe apparaten. Vervolg, zoals geïntegreerde optische golfgeleider van lithiumniobaat met de voordelen van hoge snelheid en laag stroomverbruik.
Posttijd: 03-aug-2023
