არც ისე დიდი ხნის წინ, ნელ-ნელა იშლებოდა ჟუჰაისა და მაკაოს შორის ჰენგკინის ერთობლივი განვითარების პასუხის ფურცელი. ერთ-ერთმა საზღვრისპირა ოპტიკურმა ბოჭკომ მიიპყრო ყურადღება. მან გაიარა ჟუჰაიში და მაკაოში, რათა განეხორციელებინა გამოთვლითი ენერგიის ურთიერთკავშირი და რესურსების გაზიარება მაკაოდან ჰენგკინამდე და ააშენა საინფორმაციო არხი. შანხაი ასევე ხელს უწყობს „ოპტიკური სპილენძის უკან“ მთლიანად ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ქსელის განახლებისა და ტრანსფორმაციის პროექტს, რათა უზრუნველყოს მაღალი ხარისხის ეკონომიკური განვითარება და უკეთესი საკომუნიკაციო მომსახურება მაცხოვრებლებისთვის.
ინტერნეტ ტექნოლოგიების სწრაფი განვითარებით, მომხმარებელთა მოთხოვნა ინტერნეტ ტრაფიკზე დღითიდღე იზრდება, ოპტიკურ ბოჭკოვან კომუნიკაციის შესაძლებლობების გაუმჯობესება გადაუდებელ პრობლემად იქცა.
მას შემდეგ, რაც გამოჩნდა ოპტიკური ბოჭკოვანი კომუნიკაციის ტექნოლოგია, მან მოიტანა მნიშვნელოვანი ცვლილებები მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების სფეროებში და საზოგადოებაში. როგორც ლაზერული ტექნოლოგიის მნიშვნელოვანი გამოყენება, ლაზერულმა საინფორმაციო ტექნოლოგიამ, რომელიც წარმოდგენილია ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ტექნოლოგიით, შექმნა თანამედროვე საკომუნიკაციო ქსელის ჩარჩო და გახდა ინფორმაციის გადაცემის მნიშვნელოვანი ნაწილი. ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ტექნოლოგია არის თანამედროვე ინტერნეტ სამყაროს მნიშვნელოვანი მატარებელი ძალა და ის ასევე არის ინფორმაციის ეპოქის ერთ-ერთი ძირითადი ტექნოლოგია.
სხვადასხვა განვითარებადი ტექნოლოგიების უწყვეტი გაჩენით, როგორიცაა ნივთების ინტერნეტი, დიდი მონაცემები, ვირტუალური რეალობა, ხელოვნური ინტელექტი (AI), მეხუთე თაობის მობილური კომუნიკაციები (5G) და სხვა ტექნოლოგიები, უფრო მაღალი მოთხოვნები ჩნდება ინფორმაციის გაცვლასა და გადაცემაზე. Cisco-ს მიერ 2019 წელს გამოქვეყნებული კვლევის მონაცემების მიხედვით, გლობალური წლიური IP ტრაფიკი გაიზრდება 1.5ZB (1ZB=1021B) 2017 წელს 4.8ZB-მდე 2022 წელს, რთული წლიური ზრდის ტემპით 26%. მაღალი ტრაფიკის ზრდის ტენდენციის წინაშე, ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კომუნიკაცია, როგორც საკომუნიკაციო ქსელის ყველაზე საყრდენი ნაწილი, განიცდის უზარმაზარ ზეწოლას განახლებისთვის. მაღალსიჩქარიანი, დიდი სიმძლავრის ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო სისტემები და ქსელები იქნება ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ტექნოლოგიების განვითარების ძირითადი მიმართულება.
ოპტიკური ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ტექნოლოგიის განვითარების ისტორია და კვლევის სტატუსი
პირველი ლალის ლაზერი შეიქმნა 1960 წელს, არტურ შოულოუს და ჩარლზ თაუნსის მიერ ლაზერების მუშაობის აღმოჩენის შემდეგ 1958 წელს. შემდეგ, 1970 წელს, წარმატებით განვითარდა პირველი AlGaAs ნახევარგამტარული ლაზერი, რომელსაც შეუძლია უწყვეტი მუშაობა ოთახის ტემპერატურაზე, ხოლო 1977 წელს. ნახევარგამტარული ლაზერი პრაქტიკულ გარემოში ათიათასობით საათის განმავლობაში მუდმივად მუშაობდა.
ჯერჯერობით, ლაზერებს აქვთ წინაპირობები კომერციული ოპტიკური ბოჭკოვანი კომუნიკაციისთვის. ლაზერის გამოგონების დასაწყისიდანვე, გამომგონებლებმა აღიარეს მისი მნიშვნელოვანი პოტენციური გამოყენება კომუნიკაციის სფეროში. თუმცა, ლაზერული კომუნიკაციის ტექნოლოგიაში ორი აშკარა ნაკლი არსებობს: ერთი ის არის, რომ დიდი რაოდენობით ენერგია დაიკარგება ლაზერის სხივის განსხვავების გამო; მეორე არის ის, რომ მასზე დიდ გავლენას ახდენს აპლიკაციის გარემო, როგორიცაა განაცხადი ატმოსფერულ გარემოში მნიშვნელოვნად ექვემდებარება ამინდის პირობებში ცვლილებებს. ამიტომ, ლაზერული კომუნიკაციისთვის, ძალიან მნიშვნელოვანია შესაფერისი ოპტიკური ტალღოვანი გზამკვლევი.
ფიზიკაში ნობელის პრემიის ლაურეატი დოქტორი კაო კუნგის მიერ შემოთავაზებული კომუნიკაციისთვის გამოყენებული ოპტიკური ბოჭკო აკმაყოფილებს ტალღების გამტარების ლაზერული საკომუნიკაციო ტექნოლოგიის საჭიროებებს. მან შესთავაზა, რომ მინის ოპტიკური ბოჭკოების რეილის გაფანტვის დანაკარგი შეიძლება იყოს ძალიან დაბალი (20 დბ/კმ-ზე ნაკლები), ხოლო ოპტიკურ ბოჭკოში სიმძლავრის დანაკარგი ძირითადად მინის მასალებში მინარევების მიერ სინათლის შთანთქმით მოდის, ამიტომ მასალის გაწმენდა მთავარია. ოპტიკური ბოჭკოების დაკარგვის გასაღების შესამცირებლად და ასევე აღნიშნა, რომ ერთჯერადი გადაცემა მნიშვნელოვანია კარგი კომუნიკაციის მუშაობის შესანარჩუნებლად.
1970 წელს Corning Glass Company-მა შეიმუშავა კვარცზე დაფუძნებული მულტიმოდური ოპტიკური ბოჭკო, ზარალით დაახლოებით 20 დბ/კმ დოქტორ კაოს გაწმენდის წინადადების მიხედვით, რაც ოპტიკურ ბოჭკოებს რეალობად აქცევს საკომუნიკაციო გადამცემი მედიისთვის. უწყვეტი კვლევისა და განვითარების შემდეგ, კვარცზე დაფუძნებული ოპტიკური ბოჭკოების დაკარგვა თეორიულ ზღვარს მიუახლოვდა. ჯერჯერობით ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კომუნიკაციის პირობები სრულად არის დაკმაყოფილებული.
ადრეული ოპტიკური ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო სისტემები ყველამ მიიღო პირდაპირი გამოვლენის მიმღები მეთოდი. ეს არის შედარებით მარტივი ოპტიკური ბოჭკოვანი კომუნიკაციის მეთოდი. PD არის კვადრატული კანონის დეტექტორი და მხოლოდ ოპტიკური სიგნალის ინტენსივობის დადგენა შესაძლებელია. ეს პირდაპირი გამოვლენის მიმღების მეთოდი გაგრძელდა პირველი თაობის ოპტიკურ ბოჭკოვანი კომუნიკაციის ტექნოლოგიიდან 1970-იანი წლებიდან 1990-იანი წლების დასაწყისამდე.
გამტარუნარიანობის ფარგლებში სპექტრის გამოყენების გასაზრდელად, ჩვენ უნდა დავიწყოთ ორი ასპექტიდან: ერთი არის ტექნოლოგიის გამოყენება Shannon ლიმიტის მიახლოებისთვის, მაგრამ სპექტრის ეფექტურობის ზრდამ გაზარდა მოთხოვნები ტელეკომუნიკაცია-ხმაურის თანაფარდობის მიმართ, რითაც ამცირებს გადაცემის მანძილი; მეორე არის ფაზის სრულად გამოყენება, გადაცემისთვის გამოიყენება პოლარიზაციის მდგომარეობის ინფორმაციის ტარების მოცულობა, რომელიც წარმოადგენს მეორე თაობის თანმიმდევრული ოპტიკური საკომუნიკაციო სისტემას.
მეორე თაობის თანმიმდევრული ოპტიკური საკომუნიკაციო სისტემა იყენებს ოპტიკურ მიქსერს ინტრადინის გამოსავლენად და იღებს პოლარიზაციის მრავალფეროვნების მიღებას, ანუ მიმღებ ბოლოში სიგნალის შუქი და ადგილობრივი ოსცილატორის შუქი იშლება სინათლის ორ სხივად, რომელთა პოლარიზაციის მდგომარეობები ორთოგონალურია. ერთმანეთს. ამ გზით შესაძლებელია პოლარიზაციისადმი მგრძნობიარე მიღება. გარდა ამისა, უნდა აღინიშნოს, რომ ამ დროს სიხშირის თვალყურის დევნება, გადამზიდავი ფაზის აღდგენა, გათანაბრება, სინქრონიზაცია, პოლარიზაციის თვალყურის დევნება და დემულტიპლექსირება მიმღებ ბოლოში შეიძლება დასრულდეს ციფრული სიგნალის დამუშავების (DSP) ტექნოლოგიით, რაც მნიშვნელოვნად ამარტივებს აპარატურას. მიმღების დიზაინი და გაუმჯობესებული სიგნალის აღდგენის შესაძლებლობა.
ზოგიერთი გამოწვევა და მოსაზრება ოპტიკური ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ტექნოლოგიის განვითარების წინაშე
სხვადასხვა ტექნოლოგიების გამოყენებით, აკადემიურმა წრეებმა და ინდუსტრიამ ძირითადად მიაღწიეს ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო სისტემის სპექტრული ეფექტურობის ზღვარს. გადაცემის სიმძლავრის გაზრდის გასაგრძელებლად, ამის მიღწევა შესაძლებელია მხოლოდ სისტემის გამტარუნარიანობის B გაზრდით (ხაზოვანი გაზრდის სიმძლავრე) ან სიგნალის და ხმაურის თანაფარდობის გაზრდით. კონკრეტული დისკუსია ასეთია.
1. გადამცემი სიმძლავრის გაზრდის გამოსავალი
ვინაიდან მაღალი სიმძლავრის გადაცემით გამოწვეული არაწრფივი ეფექტი შეიძლება შემცირდეს ბოჭკოების განივი კვეთის ეფექტური ფართობის სათანადოდ გაზრდით, გადაცემისთვის ერთრეჟიმიანი ბოჭკოს ნაცვლად, სიმძლავრის გაზრდის გამოსავალია. გარდა ამისა, არაწრფივი ეფექტების ამჟამინდელი ყველაზე გავრცელებული გამოსავალი არის ციფრული უკან გავრცელების (DBP) ალგორითმის გამოყენება, მაგრამ ალგორითმის შესრულების გაუმჯობესება გამოიწვევს გამოთვლითი სირთულის ზრდას. ცოტა ხნის წინ, მანქანათმცოდნეობის ტექნოლოგიის კვლევამ არაწრფივ კომპენსაციაში აჩვენა გამოყენების კარგი პერსპექტივა, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს ალგორითმის სირთულეს, ამიტომ DBP სისტემის დიზაინს მომავალში შეიძლება დაეხმაროს მანქანური სწავლებით.
2. გაზარდეთ ოპტიკური გამაძლიერებლის გამტარუნარიანობა
გამტარუნარიანობის გაზრდამ შეიძლება გაარღვიოს EDFA სიხშირის დიაპაზონის შეზღუდვა. გარდა C-ბანდისა და L-ზოლისა, S-band ასევე შეიძლება შევიდეს აპლიკაციის დიაპაზონში, ხოლო SOA ან Raman გამაძლიერებელი შეიძლება გამოყენებულ იქნას გამაძლიერებლად. თუმცა, არსებულ ოპტიკურ ბოჭკოს აქვს დიდი დანაკარგი სიხშირის დიაპაზონში, გარდა S-ზოლისა და აუცილებელია ახალი ტიპის ოპტიკური ბოჭკოების დაპროექტება გადაცემის დანაკარგების შესამცირებლად. მაგრამ დანარჩენი ზოლებისთვის კომერციულად ხელმისაწვდომი ოპტიკური გამაძლიერებელი ტექნოლოგია ასევე გამოწვევაა.
3. კვლევა დაბალი გადაცემის დაკარგვის ოპტიკურ ბოჭკოზე
დაბალი გადაცემის დაკარგვის ბოჭკოების კვლევა ერთ-ერთი ყველაზე კრიტიკული საკითხია ამ სფეროში. ღრუ ბირთვის ბოჭკოს (HCF) აქვს გადაცემის დაბალი დანაკარგის შესაძლებლობა, რაც შეამცირებს ბოჭკოების გადაცემის დროის დაყოვნებას და შეუძლია დიდწილად აღმოფხვრას ბოჭკოს არაწრფივი პრობლემა.
4. სივრცის გაყოფის მულტიპლექსირებასთან დაკავშირებული ტექნოლოგიების კვლევა
სივრცის გაყოფის მულტიპლექსირების ტექნოლოგია ეფექტური გამოსავალია ერთი ბოჭკოს სიმძლავრის გასაზრდელად. კონკრეტულად, მრავალბირთვიანი ოპტიკური ბოჭკო გამოიყენება გადაცემისთვის, ხოლო ერთი ბოჭკოს სიმძლავრე გაორმაგებულია. ამ მხრივ მთავარი საკითხია არის თუ არა უფრო მაღალი ეფექტურობის ოპტიკური გამაძლიერებელი. , წინააღმდეგ შემთხვევაში ის შეიძლება იყოს მხოლოდ რამდენიმე ერთბირთვიანი ოპტიკური ბოჭკოების ექვივალენტი; რეჟიმი-გაყოფის მულტიპლექსირების ტექნოლოგიის გამოყენებით, ხაზოვანი პოლარიზაციის რეჟიმის ჩათვლით, OAM სხივი დაფუძნებული ფაზის სინგულარულობაზე და ცილინდრული ვექტორული სხივი, რომელიც დაფუძნებულია პოლარიზაციის სინგულარულობაზე, ასეთი ტექნოლოგია შეიძლება იყოს Beam multiplexing უზრუნველყოფს თავისუფლების ახალ ხარისხს და აუმჯობესებს ოპტიკური საკომუნიკაციო სისტემების შესაძლებლობებს. მას აქვს ფართო გამოყენების პერსპექტივები ოპტიკურ ბოჭკოვანი კომუნიკაციის ტექნოლოგიაში, მაგრამ დაკავშირებული ოპტიკური გამაძლიერებლების კვლევა ასევე გამოწვევაა. გარდა ამისა, ყურადღების ღირსია აგრეთვე, როგორ დავაბალანსოთ სისტემის სირთულე, რომელიც გამოწვეულია დიფერენციალური რეჟიმის ჯგუფის შეფერხებით და მრავალჯერადი შეყვანის მრავალგამომავალი ციფრული გათანაბრების ტექნოლოგიით.
ოპტიკური ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ტექნოლოგიის განვითარების პერსპექტივები
ოპტიკური ბოჭკოვანი კომუნიკაციის ტექნოლოგია განვითარდა საწყისი დაბალი სიჩქარით გადაცემიდან მიმდინარე მაღალსიჩქარიან გადაცემამდე და გახდა ინფორმაციული საზოგადოების მხარდამჭერი ერთ-ერთი ხერხემალი ტექნოლოგია და ჩამოაყალიბა უზარმაზარი დისციპლინა და სოციალური სფერო. მომავალში, როდესაც საზოგადოების მოთხოვნა ინფორმაციის გადაცემაზე იზრდება, ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო სისტემები და ქსელური ტექნოლოგიები განვითარდება ულტრა დიდი სიმძლავრის, დაზვერვისა და ინტეგრაციისკენ. გადაცემის მუშაობის გაუმჯობესებისას, ისინი გააგრძელებენ ხარჯების შემცირებას და ემსახურებიან ხალხის საარსებო წყაროს და დაეხმარებიან ქვეყანას ინფორმაციის შექმნაში. საზოგადოება მნიშვნელოვან როლს ასრულებს. CeiTa თანამშრომლობდა უამრავ სტიქიური უბედურების ორგანიზაციასთან, რომლებსაც შეუძლიათ რეგიონალური უსაფრთხოების გაფრთხილებების პროგნოზირება, როგორიცაა მიწისძვრები, წყალდიდობები და ცუნამი. საჭიროა მხოლოდ CeiTa-ს ONU-თან დაკავშირება. როდესაც სტიქიური უბედურება მოხდება, მიწისძვრის სადგური გამოსცემს ადრეულ გაფრთხილებას. ONU Alerts-ის ქვეშ მყოფი ტერმინალი სინქრონიზებული იქნება.
(1) ინტელექტუალური ოპტიკური ქსელი
უსადენო საკომუნიკაციო სისტემასთან შედარებით, ინტელექტუალური ოპტიკური ქსელის ოპტიკური საკომუნიკაციო სისტემა და ქსელი ჯერ კიდევ საწყის ეტაპზეა ქსელის კონფიგურაციის, ქსელის შენარჩუნებისა და ხარვეზების დიაგნოსტიკის თვალსაზრისით და დაზვერვის ხარისხი არასაკმარისია. ერთი ბოჭკოს უზარმაზარი სიმძლავრის გამო, ბოჭკოების ნებისმიერი უკმარისობა დიდ გავლენას მოახდენს ეკონომიკასა და საზოგადოებაზე. ამიტომ, ქსელის პარამეტრების მონიტორინგი ძალიან მნიშვნელოვანია მომავალი ინტელექტუალური ქსელების განვითარებისთვის. კვლევის მიმართულებები, რომლებსაც მომავალში უნდა მიექცეს ყურადღება ამ ასპექტში, მოიცავს: სისტემის პარამეტრის მონიტორინგის სისტემა, რომელიც დაფუძნებულია გამარტივებულ თანმიმდევრულ ტექნოლოგიასა და მანქანათმცოდნეობაზე, ფიზიკური რაოდენობის მონიტორინგის ტექნოლოგია, რომელიც დაფუძნებულია თანმიმდევრული სიგნალის ანალიზზე და ფაზაზე მგრძნობიარე ოპტიკური დროის დომენის ასახვაზე.
(2) ინტეგრირებული ტექნოლოგია და სისტემა
მოწყობილობის ინტეგრაციის მთავარი მიზანი ხარჯების შემცირებაა. ოპტიკურ ბოჭკოვან საკომუნიკაციო ტექნოლოგიაში, სიგნალების მოკლე დისტანციებზე მაღალსიჩქარიანი გადაცემა შეიძლება განხორციელდეს სიგნალის უწყვეტი რეგენერაციის გზით. თუმცა, ფაზის და პოლარიზაციის მდგომარეობის აღდგენის პრობლემების გამო, თანმიმდევრული სისტემების ინტეგრაცია ჯერ კიდევ შედარებით რთულია. გარდა ამისა, თუ შესაძლებელი იქნება ფართომასშტაბიანი ინტეგრირებული ოპტიკურ-ელექტრო-ოპტიკური სისტემის რეალიზება, სისტემის სიმძლავრეც მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდება. თუმცა, ისეთი ფაქტორების გამო, როგორიცაა დაბალი ტექნიკური ეფექტურობა, მაღალი სირთულე და ინტეგრაციის სირთულე, შეუძლებელია ფართოდ გავრცელდეს სრულოპტიკური სიგნალები, როგორიცაა მთლიანად ოპტიკური 2R (ხელახალი გაძლიერება, ხელახალი ფორმირება), 3R (ხელახალი გაძლიერება). , განმეორებითი დრო და ხელახალი ფორმირება) ოპტიკური კომუნიკაციების სფეროში. დამუშავების ტექნოლოგია. ამრიგად, ინტეგრაციის ტექნოლოგიებისა და სისტემების თვალსაზრისით, მომავალი კვლევის მიმართულებები შემდეგია: მიუხედავად იმისა, რომ არსებული კვლევები კოსმოსური გაყოფის მულტიპლექსირების სისტემების შესახებ შედარებით მდიდარია, კოსმოსური გაყოფის მულტიპლექსირების სისტემების ძირითად კომპონენტებს ჯერ არ მიუღწევიათ ტექნოლოგიური გარღვევები აკადემიასა და ინდუსტრიაში. და საჭიროა შემდგომი გაძლიერება. კვლევები, როგორიცაა ინტეგრირებული ლაზერები და მოდულატორები, ორგანზომილებიანი ინტეგრირებული მიმღებები, მაღალი ენერგოეფექტურობის ინტეგრირებული ოპტიკური გამაძლიერებლები და ა.შ.; ოპტიკური ბოჭკოების ახალმა ტიპებმა შეიძლება მნიშვნელოვნად გააფართოვონ სისტემის გამტარუნარიანობა, მაგრამ შემდგომი კვლევა ჯერ კიდევ საჭიროა იმის უზრუნველსაყოფად, რომ მათმა ყოვლისმომცველმა შესრულებამ და წარმოების პროცესებმა მიაღწიონ არსებულ ერთიან რეჟიმში ბოჭკოს დონეს; შეისწავლეთ სხვადასხვა მოწყობილობები, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ახალი ბოჭკოთი საკომუნიკაციო ბმულში.
(3) ოპტიკური საკომუნიკაციო მოწყობილობები
ოპტიკურ საკომუნიკაციო მოწყობილობებში სილიციუმის ფოტონიკური მოწყობილობების კვლევამ და განვითარებამ მიაღწია საწყის შედეგებს. თუმცა, ამჟამად, საშინაო კვლევები ძირითადად დაფუძნებულია პასიურ მოწყობილობებზე, ხოლო აქტიურ მოწყობილობებზე კვლევა შედარებით სუსტია. ოპტიკური საკომუნიკაციო მოწყობილობების მხრივ, სამომავლო კვლევის მიმართულებები მოიცავს: აქტიური მოწყობილობებისა და სილიკონის ოპტიკური მოწყობილობების ინტეგრაციის კვლევას; არასილიკონის ოპტიკური მოწყობილობების ინტეგრაციის ტექნოლოგიის კვლევა, როგორიცაა III-V მასალებისა და სუბსტრატების ინტეგრაციის ტექნოლოგიაზე კვლევა; ახალი მოწყობილობის კვლევისა და განვითარების შემდგომი განვითარება. შემდგომი დაკვირვება, როგორიცაა ინტეგრირებული ლითიუმის ნიობატის ოპტიკური ტალღის გამტარი მაღალი სიჩქარისა და დაბალი ენერგიის მოხმარების უპირატესობებით.
გამოქვეყნების დრო: აგვისტო-03-2023
