Viru kuerzem huet sech d'Äntwertblat fir d'gemeinsam Entwécklung vun Hengqin tëscht Zhuhai a Macao lues a lues entwéckelt. Eng vun de grenziwwerschreidende Glasfaser huet d'Opmierksamkeet op sech gezunn. Si ass duerch Zhuhai a Macao gaangen, fir d'Interkonnektioun vun der Rechenleistung an d'Ressourcendeelung vu Macao op Hengqin ze realiséieren an en Informatiounskanal opzebauen. Shanghai fërdert och de Projet fir d'Moderniséierung an d'Transformatioun vum "opteschen a Kofferréck"-Glasfaserkommunikatiounsnetz, fir eng héichqualitativ wirtschaftlech Entwécklung a besser Kommunikatiounsservicer fir d'Awunner ze garantéieren.
Mat der schneller Entwécklung vun der Internettechnologie klëmmt d'Nofro vun de Benotzer no Internetverkéier vun Dag zu Dag, an d'Verbesserung vun der Kapazitéit vun der Glasfaserkommunikatioun ass zu engem dréngende Problem ginn, dat geléist muss ginn.
Zënter dem Entstoe vun der Glasfaserkommunikatiounstechnologie huet si grouss Verännerungen an de Beräicher vun der Wëssenschaft, Technologie a Gesellschaft mat sech bruecht. Als wichteg Uwendung vun der Lasertechnologie huet d'Laserinformatiounstechnologie, déi duerch d'Glasfaserkommunikatiounstechnologie vertrueden ass, de Kader vum modernen Kommunikatiounsnetz opgebaut an zu engem wichtegen Deel vun der Informatiounsiwwerdroung ginn. D'Glasfaserkommunikatiounstechnologie ass eng wichteg Droekraaft vun der haiteger Internetwelt an och eng vun den Kärtechnologien vum Informatiounszäitalter.
Mat dem kontinuéierlechen Opkomme vu verschiddenen neien Technologien, wéi dem Internet vun de Saachen, Big Data, virtuell Realitéit, kënschtlech Intelligenz (KI), mobil Kommunikatioun vun der fënnefter Generatioun (5G) an aner Technologien, ginn et méi héich Ufuerderungen un den Informatiounsaustausch an d'Iwwerdroung. Laut Fuerschungsdaten, déi Cisco am Joer 2019 verëffentlecht huet, wäert de weltwäite jäerlechen IP-Verkéier vun 1,5ZB (1ZB=1021B) am Joer 2017 op 4,8ZB am Joer 2022 eropgoen, mat enger duerchschnëttlecher jäerlecher Wuestumsquote vun 26%. Mat dem Wuestumstrend vum héije Verkéier steet d'Glasfaserkommunikatioun, als de gréissten Deel vum Kommunikatiounsnetz, ënner enormem Drock fir ze moderniséieren. Héichgeschwindeg, grousskapazitéiert Glasfaserkommunikatiounssystemer an Netzwierker wäerten déi wichtegst Entwécklungsrichtung vun der Glasfaserkommunikatiounstechnologie sinn.
Entwécklungsgeschicht a Fuerschungsstatus vun der optescher Glasfaserkommunikatiounstechnologie
Den éischte Rubinlaser gouf 1960 entwéckelt, nodeems den Arthur Showlow an de Charles Townes 1958 d'Funktiounsweis vu Laseren entdeckt haten. Duerno, 1970, gouf den éischten AlGaAs-Hallefleederlaser erfollegräich entwéckelt, deen bei Raumtemperatur kontinuéierlech funktionéiere konnt, an 1977 gouf realiséiert, datt de Hallefleederlaser Zéngdausende vu Stonnen an enger praktescher Ëmwelt kontinuéierlech funktionéiere konnt.
Bis elo hunn Laser d'Viraussetzunge fir kommerziell optesch Faserkommunikatioun. Vum Ufank vun der Erfindung vum Laser un hunn d'Erfinder seng wichteg potenziell Uwendung am Beräich vun der Kommunikatioun erkannt. Wéi och ëmmer, et ginn zwou offensichtlech Nodeeler an der Laserkommunikatiounstechnologie: eng ass, datt eng grouss Quantitéit un Energie duerch d'Divergenz vum Laserstrahl verluer geet; déi aner ass, datt se staark vun der Uwendungsëmfeld beaflosst gëtt, sou wéi d'Uwendung an der atmosphärescher Ëmwelt staark vun Ännerungen an de Wiederkonditiounen ënnerworf ass. Dofir ass fir Laserkommunikatioun e passenden optesche Wellenleiter ganz wichteg.
Déi vum Dr. Kao Kung, dem Nobelpräisdréier fir Physik, proposéiert optesch Faser, déi fir d'Kommunikatioun benotzt gëtt, entsprécht den Ufuerderunge vun der Laserkommunikatiounstechnologie fir Wellenleiter. Hie proposéiert, datt de Rayleigh-Streuungsverloscht vun optescher Glasfaser ganz niddreg ka sinn (manner wéi 20 dB/km), an de Leeschtungsverloscht an der optescher Faser haaptsächlech vun der Absorptioun vu Liicht duerch Ongereinheeten a Glasmaterialien kënnt, sou datt d'Materialreinigung de Schlëssel ass fir d'Reduktioun vun optesche Faserverloschter. Hie weist och drop hin, datt d'Single-Modus-Iwwerdroung wichteg ass fir eng gutt Kommunikatiounsleistung z'erhalen.
Am Joer 1970 huet d'Corning Glass Company eng Multimode-Glasfaser op Quarzbasis mat engem Verloscht vu ronn 20dB/km no dem Reinigungsvirschlag vum Dr. Kao entwéckelt, wat d'Glasfaser zu enger Realitéit fir Kommunikatiounstransmissiounsmedien gemaach huet. No kontinuéierlecher Fuerschung an Entwécklung huet de Verloscht vu Quarzbaséierten optesche Faseren der theoretescher Limit erreecht. Bis elo sinn d'Konditioune vun der optescher Glasfaserkommunikatioun vollstänneg erfëllt ginn.
Fréi optesch Glasfaserkommunikatiounssystemer hunn all d'Empfangsmethod vun der direkter Detektioun adoptéiert. Dëst ass eng relativ einfach optesch Glasfaserkommunikatiounsmethod. PD ass e Quadratgesetzdetektor, an nëmmen d'Intensitéit vum optesche Signal kann detektéiert ginn. Dës direkt Detektiouns-Empfangsmethod huet sech vun der éischter Generatioun vun der optescher Glasfaserkommunikatiounstechnologie an den 1970er bis an d'Ufank vun den 1990er Joren weidergefouert.
Fir d'Spektrumauslastung bannent der Bandbreet ze erhéijen, musse mir mat zwou Aspekter ufänken: eng ass d'Technologie ze benotzen fir d'Shannon-Grenz z'erreechen, awer d'Erhéijung vun der Spektrumseffizienz huet d'Ufuerderunge fir d'Telekommunikatiouns-Rausch-Verhältnis erhéicht, wouduerch d'Transmissiounsdistanz reduzéiert gëtt; déi aner ass d'Phase voll auszenotzen, d'Informatiounsdrokapazitéit vum Polarisatiounszoustand gëtt fir d'Transmissioun benotzt, wat dat kohärent optescht Kommunikatiounssystem vun der zweeter Generatioun ass.
Dat kohärent optescht Kommunikatiounssystem vun der zweeter Generatioun benotzt en optesche Mixer fir d'Intradyndetektioun a setzt Polarisatiounsdiversitéitsempfang an, dat heescht, um Empfangsende ginn d'Signalliicht an d'lokal Oszillatorliicht an zwee Liichtstralen opgedeelt, deenen hir Polarisatiounszoustänn orthogonal zueneen sinn. Op dës Manéier kann eng polarisatiounsonofhängeg Empfang erreecht ginn. Zousätzlech sollt drop higewisen ginn, datt zu dësem Zäitpunkt d'Frequenzverfolgung, d'Erhuelung vum Trägerphasen, d'Ausgläichung, d'Synchroniséierung, d'Polarisatiounsverfolgung an d'Demultiplexéierung um Empfangsende all duerch digital Signalveraarbechtungstechnologie (DSP) ofgeschloss kënne ginn, wat den Hardware-Design vum Empfänger staark vereinfacht an d'Signalerhuelungskapazitéit verbessert.
E puer Erausfuerderungen an Iwwerleeungen, déi d'Entwécklung vun der optescher Glasfaserkommunikatiounstechnologie betreffen
Duerch d'Uwendung vu verschiddenen Technologien hunn d'akademesch Kreesser an d'Industrie grondsätzlech d'Grenz vun der spektraler Effizienz vum optesche Faserkommunikatiounssystem erreecht. Fir d'Iwwerdroungskapazitéit weider ze erhéijen, kann dat nëmme erreecht ginn, andeems d'Systembandbreet B erhéicht gëtt (d'Kapazitéit linear erhéicht gëtt) oder d'Signal-Rausch-Verhältnis erhéicht gëtt. Déi spezifesch Diskussioun ass wéi follegt.
1. Léisung fir d'Sendeleistung ze erhéijen
Well den netlinearen Effekt, deen duerch héich Leeschtungsiwwerdroung verursaacht gëtt, reduzéiert ka ginn, andeems d'effektiv Fläch vum Faserquerschnitt richteg erhéicht gëtt, ass et eng Léisung fir d'Leeschtung ze erhéijen, Few-Mode-Faser amplaz vun Single-Mode-Faser fir d'Iwwerdroung ze benotzen. Zousätzlech ass déi aktuell heefegst Léisung fir netlinear Effekter d'Benotzung vum digitale Backpropagation (DBP) Algorithmus, awer d'Verbesserung vun der Algorithmusleistung wäert zu enger Erhéijung vun der Berechnungskomplexitéit féieren. An der leschter Zäit huet d'Fuerschung vun der Maschinnléiertechnologie an der netlinearer Kompensatioun eng gutt Uwendungsperspektiv gewisen, déi d'Komplexitéit vum Algorithmus staark reduzéiert, sou datt den Design vun DBP-Systemer an Zukunft duerch Maschinnléier ënnerstëtzt ka ginn.
2. D'Bandbreet vum opteschen Verstärker erhéijen
D'Erhéijung vun der Bandbreet kann d'Limitatioun vum Frequenzberäich vun EDFA duerchbriechen. Nieft dem C-Band an dem L-Band kann och den S-Band an den Uwendungsberäich abegraff ginn, an den SOA- oder Raman-Verstärker kann fir d'Verstärkung benotzt ginn. Wéi och ëmmer, déi existent optesch Faser huet e grousse Verloscht a Frequenzbänner ausser dem S-Band, an et ass néideg en neien Typ vun optescher Faser ze designen fir den Transmissiounsverloscht ze reduzéieren. Awer fir déi aner Bänner ass déi kommerziell verfügbar optesch Verstärkungstechnologie och eng Erausfuerderung.
3. Fuerschung iwwer optesch Faser mat geréngem Transmissiounsverloscht
D'Fuerschung iwwer Glasfaser mat geréngem Transmissiounsverloscht ass ee vun de wichtegsten Themen an dësem Beräich. Hohlkärfaser (HCF) hunn d'Méiglechkeet vu méi niddrege Transmissiounsverloschter, wat d'Zäitverzögerung vun der Glasfaseriwwerdroung reduzéiert an de Problem vun der netlinearer Glasfaser zu engem groussen Deel eliminéiere kann.
4. Fuerschung iwwer Technologien am Zesummenhang mam Space Division Multiplexing
D'Raumverdeelungsmultiplexingtechnologie ass eng effektiv Léisung fir d'Kapazitéit vun enger eenzeger Faser ze erhéijen. Besonnesch gëtt Multi-Core-optesch Faser fir d'Iwwerdroung benotzt, an d'Kapazitéit vun enger eenzeger Faser gëtt verduebelt. Déi zentral Fro an dëser Hisiicht ass, ob et en opteschen Verstärker mat méi héijer Effizienz gëtt, soss kann en nëmme mat méi Single-Core-optesche Faseren gläichwäerteg sinn; mat der Modusverdeelungsmultiplexingtechnologie, dorënner lineare Polarisatiounsmodus, OAM-Stral baséiert op Phasensingularitéit a zylindresche Vektorstral baséiert op Polarisatiounsingularitéit, kann sou eng Technologie ... Strahlmultiplexing bitt en neie Grad u Fräiheet a verbessert d'Kapazitéit vun optesche Kommunikatiounssystemer. Et huet breet Uwendungsperspektiven an der optescher Faserkommunikatiounstechnologie, awer d'Fuerschung iwwer ähnlech optesch Verstärker ass och eng Erausfuerderung. Zousätzlech ass et och derwäert, d'Systemkomplexitéit auszebalancéieren, déi duerch Differenzmodus-Gruppenverzögerung an d'Multiple-Input-Multiple-Output-Digital-Ausgläichungstechnologie verursaacht gëtt.
Perspektiven fir d'Entwécklung vun der optescher Glasfaserkommunikatiounstechnologie
D'Technologie vun der optescher Glasfaserkommunikatioun huet sech vun der ursprénglecher Iwwerdroung mat niddreger Geschwindegkeet bis zur aktueller Héichgeschwindegkeetsiwwerdroung entwéckelt a sech zu enger vun den Haapttechnologien entwéckelt, déi d'Informatiounsgesellschaft ënnerstëtzen. Si huet eng grouss Disziplin a sozialt Feld geformt. An der Zukunft, well d'Nofro vun der Gesellschaft no Informatiounsiwwerdroung weider eropgeet, wäerten d'Glasfaserkommunikatiounssystemer an d'Netzwierktechnologien sech op ultra-grouss Kapazitéit, Intelligenz an Integratioun zouhuelen. Wärend si d'Iwwerdroungsleistung verbesseren, wäerte si weiderhin d'Käschte reduzéieren an dem Liewensënnerhalt vun de Leit déngen an dem Land hëllefen, Informatioun opzebauen. D'Gesellschaft spillt eng wichteg Roll. CeiTa huet mat enger Rei vun Naturkatastrophenorganisatiounen zesummegeschafft, déi regional Sécherheetswarnungen wéi Äerdbiewen, Iwwerschwemmungen an Tsunamien viraussoe kënnen. Si muss nëmme mat der ONU vun CeiTa verbonne sinn. Wann eng Naturkatastroph geschitt, gëtt d'Äerdbiewenstatioun eng fréi Warnung eraus. Den Terminal ënner den ONU Alerts gëtt synchroniséiert.
(1) Intelligent optescht Netzwierk
Am Verglach mam drahtlose Kommunikatiounssystem sinn den optesche Kommunikatiounssystem an d'Netz vum intelligenten opteschen Netzwierk nach an der Ufanksphase wat d'Netzwierkkonfiguratioun, d'Netzwierkënnerhalt an d'Feelerdiagnos ugeet, an den Intelligenzgrad ass net genuch. Wéinst der grousser Kapazitéit vun enger eenzeger Faser wäert d'Optriede vun engem Faserausfall e groussen Impakt op d'Wirtschaft an d'Gesellschaft hunn. Dofir ass d'Iwwerwaachung vun den Netzwierkparameter ganz wichteg fir d'Entwécklung vun zukünftegen intelligenten Netzwierker. Zu de Fuerschungsrichtungen, op déi an Zukunft an dësem Aspekt opgepasst muss ginn, gehéieren: e Systemparameter-Iwwerwaachungssystem baséiert op vereinfachter kohärenter Technologie a maschinellt Léieren, d'Technologie fir d'Iwwerwaachung vu physikalesche Quantitéiten baséiert op kohärenter Signalanalyse a phasensensitiver optescher Zäitdomänreflexioun.
(2) Integréiert Technologie a System
Den Haaptzweck vun der Apparatintegratioun ass d'Käschten ze reduzéieren. An der Glasfaserkommunikatiounstechnologie kann eng kuerz Distanz-Héichgeschwindegkeetsiwwerdroung vu Signaler duerch kontinuéierlech Signalregeneratioun realiséiert ginn. Wéinst de Problemer vun der Phasen- a Polarisatiounszoustandsrecuperatioun ass d'Integratioun vu kohärente Systemer awer nach ëmmer relativ schwéier. Zousätzlech, wann e groussflächegt integréiert optesch-elektresch-optescht System realiséiert ka ginn, gëtt d'Systemkapazitéit och däitlech verbessert. Wéinst Faktoren wéi gerénger technescher Effizienz, héijer Komplexitéit a Schwieregkeeten bei der Integratioun ass et awer onméiglech, all-optesch Signaler wéi all-optesch 2R (Re-Amplification, Re-Shaping), 3R (Re-Amplification, Re-Timing, and Reshaping) am Beräich vun der optescher Kommunikatiouns- a Veraarbechtungstechnologie wäit ze fërderen. Dofir sinn déi zukünfteg Fuerschungsrichtungen wat d'Integratiounstechnologie a Systemer ugeet wéi follegt: Och wann déi existent Fuerschung iwwer Space Division Multiplexing Systemer relativ räich ass, hunn déi Schlësselkomponenten vun de Space Division Multiplexing Systemer nach keng technologesch Duerchbréch an der akademescher Welt an an der Industrie erreecht, an eng weider Verstäerkung ass néideg. Fuerschung, wéi integréiert Laser a Modulatoren, zweedimensional integréiert Empfänger, energieeffizient integréiert optesch Verstärker, etc.; nei Zorte vun optesche Faseren kéinten d'Systembandbreet däitlech erweideren, awer weider Fuerschung ass nach ëmmer néideg fir sécherzestellen, datt hir ëmfaassend Leeschtung a Produktiounsprozesser den aktuellen Niveau vun der Eenzelmodusfaser erreechen kënnen; verschidde Geräter studéieren, déi mat der neier Faser an der Kommunikatiounsverbindung kënne benotzt ginn.
(3) Optesch Kommunikatiounsapparater
Bei optesche Kommunikatiounsapparater huet d'Fuerschung an d'Entwécklung vu Silizium-photoneschen Apparater éischt Resultater erreecht. Am Moment baséiert sech d'Fuerschung am Inland awer haaptsächlech op passive Geräter, an d'Fuerschung iwwer aktiv Geräter ass relativ schwaach. Wat optesch Kommunikatiounsapparater ugeet, ëmfaassen déi zukünfteg Fuerschungsrichtungen: Integratiounsfuerschung vun aktiven Apparater an optesche Siliziumapparater; Fuerschung iwwer d'Integratiounstechnologie vun net-Silizium-opteschen Apparater, wéi z. B. Fuerschung iwwer d'Integratiounstechnologie vun III-V-Materialien a Substrater; Weiderentwécklung vun der Fuerschung an Entwécklung vun neien Apparater. Nofolger, wéi z. B. integréiert Lithiumniobat-optesche Wellenleiter mat de Virdeeler vun héijer Geschwindegkeet a geréngem Energieverbrauch.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 03.08.2023
