არც ისე დიდი ხნის წინ, ჟუჰაისა და მაკაოს შორის ჰენგცინის ერთობლივი განვითარების შუა წლის საპასუხო გეგმის შემუშავება ნელ-ნელა დაიწყო. ყურადღება მიიპყრო ერთ-ერთმა საზღვრისპირა ოპტიკურ-ბოჭკოვანი ხაზის ხაზმა. ის ჟუჰაისა და მაკაოს გავლით გადიოდა, რათა მაკაოდან ჰენგცინამდე გამოთვლითი სიმძლავრის ურთიერთდაკავშირება და რესურსების გაზიარება განხორციელებულიყო, ასევე საინფორმაციო არხი აშენებულიყო. შანხაი ასევე ხელს უწყობს „ოპტიკის სპილენძად გარდაქმნის“ სრულად ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ქსელის განახლების 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-ბოჭკოვანი კომუნიკაციის გამტარუნარიანობის გაუმჯობესების გზა გადაუდებელ პრობლემად იქცა.
ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ტექნოლოგიის გაჩენის შემდეგ, მან მნიშვნელოვანი ცვლილებები მოიტანა მეცნიერების, ტექნოლოგიებისა და საზოგადოების სფეროებში. ლაზერული ტექნოლოგიის მნიშვნელოვანმა გამოყენებამ, ლაზერულმა საინფორმაციო ტექნოლოგიამ, რომელიც წარმოდგენილია ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ტექნოლოგიით, შექმნა თანამედროვე საკომუნიკაციო ქსელის ჩარჩო და გახდა ინფორმაციის გადაცემის მნიშვნელოვანი ნაწილი. ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ტექნოლოგია თანამედროვე ინტერნეტ სამყაროს მნიშვნელოვანი მატარებელი ძალაა და ასევე წარმოადგენს საინფორმაციო ეპოქის ერთ-ერთ ძირითად ტექნოლოგიას.
სხვადასხვა ახალი ტექნოლოგიების, როგორიცაა ნივთების ინტერნეტი, დიდი მონაცემები, ვირტუალური რეალობა, ხელოვნური ინტელექტი (AI), მეხუთე თაობის მობილური კომუნიკაციები (5G) და სხვა ტექნოლოგიების მუდმივი გაჩენის გამო, ინფორმაციის გაცვლასა და გადაცემაზე უფრო მაღალი მოთხოვნები დგება. Cisco-ს მიერ 2019 წელს გამოქვეყნებული კვლევის მონაცემების თანახმად, გლობალური წლიური IP ტრაფიკი 2017 წელს 1.5 ზიბაიტიდან (1 ზიბატი=1021 მილიარდი) 2022 წელს 4.8 ზიბაიტამდე გაიზრდება, 26%-იანი წლიური ზრდის ტემპით. მაღალი ტრაფიკის ზრდის ტენდენციის წინაშე, ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კომუნიკაცია, როგორც საკომუნიკაციო ქსელის ყველაზე მნიშვნელოვანი ნაწილი, განახლების უზარმაზარი ზეწოლის ქვეშაა. მაღალსიჩქარიანი, დიდი ტევადობის ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო სისტემები და ქსელები ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ტექნოლოგიების განვითარების მთავარი მიმართულება იქნება.
ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ტექნოლოგიის განვითარების ისტორია და კვლევის სტატუსი
პირველი ლალის ლაზერი 1960 წელს შემუშავდა, მას შემდეგ, რაც 1958 წელს არტურ შოულოუმ და ჩარლზ ტაუნსმა აღმოაჩინეს ლაზერების მუშაობის წესი. შემდეგ, 1970 წელს, წარმატებით შემუშავდა პირველი AlGaAs ნახევარგამტარული ლაზერი, რომელსაც შეეძლო ოთახის ტემპერატურაზე უწყვეტი მუშაობის შესაძლებლობა, ხოლო 1977 წელს გაირკვა, რომ ნახევარგამტარული ლაზერი პრაქტიკულ გარემოში ათიათასობით საათის განმავლობაში უწყვეტად მუშაობდა.
ჯერჯერობით, ლაზერებს აქვთ კომერციული ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კომუნიკაციის წინაპირობები. ლაზერის გამოგონების დასაწყისიდანვე გამომგონებლებმა აღიარეს მისი მნიშვნელოვანი პოტენციური გამოყენება კომუნიკაციის სფეროში. თუმცა, ლაზერული კომუნიკაციის ტექნოლოგიას ორი აშკარა ნაკლი აქვს: ერთი ის არის, რომ ლაზერული სხივის დივერგენციის გამო დიდი რაოდენობით ენერგია დაიკარგება; მეორე ის არის, რომ მასზე დიდ გავლენას ახდენს გამოყენების გარემო, მაგალითად, ატმოსფერულ გარემოში გამოყენება მნიშვნელოვნად ექვემდებარება ამინდის პირობების ცვლილებებს. ამიტომ, ლაზერული კომუნიკაციისთვის, შესაფერისი ოპტიკური ტალღის გამტარი ძალიან მნიშვნელოვანია.
ფიზიკის დარგში ნობელის პრემიის ლაურეატის, დოქტორ კაო კუნგის მიერ შემოთავაზებული კომუნიკაციისთვის გამოყენებული ოპტიკური ბოჭკო აკმაყოფილებს ტალღგამტარების ლაზერული კომუნიკაციის ტექნოლოგიის საჭიროებებს. მან ივარაუდა, რომ მინის ოპტიკური ბოჭკოს რელეის გაფანტვის დანაკარგი შეიძლება იყოს ძალიან დაბალი (20 დბ/კმ-ზე ნაკლები) და ოპტიკურ ბოჭკოში სიმძლავრის დანაკარგი ძირითადად მინის მასალებში არსებული მინარევებით სინათლის შთანთქმით არის განპირობებული, ამიტომ მასალის გაწმენდა ოპტიკური ბოჭკოს დანაკარგის შემცირების გასაღებია. კეი, ასევე აღნიშნა, რომ ერთრეჟიმიანი გადაცემა მნიშვნელოვანია კომუნიკაციის კარგი მუშაობის შესანარჩუნებლად.
1970 წელს, დოქტორ კაოს გაწმენდის წინადადების შესაბამისად, კომპანია Corning Glass-მა შეიმუშავა კვარცზე დაფუძნებული მრავალმოდური ოპტიკური ბოჭკო დაახლოებით 20 დბ/კმ დანაკარგით, რამაც ოპტიკური ბოჭკო კომუნიკაციის გადაცემის საშუალებად აქცია. უწყვეტი კვლევისა და განვითარების შემდეგ, კვარცზე დაფუძნებული ოპტიკური ბოჭკოების დანაკარგები თეორიულ ზღვარს მიუახლოვდა. ჯერჯერობით, ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კომუნიკაციის პირობები სრულად დაკმაყოფილებულია.
ადრეული ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო სისტემები იყენებდნენ პირდაპირი დეტექციის მიღების მეთოდს. ეს შედარებით მარტივი ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო მეთოდია. PD არის კვადრატული კანონის დეტექტორი და მხოლოდ ოპტიკური სიგნალის ინტენსივობის დეტექტირებაა შესაძლებელი. ეს პირდაპირი დეტექციის მიღების მეთოდი გაგრძელდა 1970-იან წლებში ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ტექნოლოგიის პირველი თაობიდან 1990-იანი წლების დასაწყისამდე.
სპექტრის გამოყენების გასაზრდელად, გამტარუნარიანობის ფარგლებში, ორი ასპექტიდან უნდა დავიწყოთ: ერთი არის ტექნოლოგიების გამოყენება შენონის ზღვართან მისასვლელად, თუმცა სპექტრის ეფექტურობის ზრდამ გაზარდა ტელეკომუნიკაციისა და ხმაურის თანაფარდობის მოთხოვნები, რითაც შემცირდა გადაცემის მანძილი; მეორე არის ფაზის სრულად გამოყენება, პოლარიზაციის მდგომარეობის ინფორმაციის ტარების მოცულობა გამოიყენება გადაცემისთვის, რაც მეორე თაობის კოჰერენტული ოპტიკური საკომუნიკაციო სისტემაა.
მეორე თაობის კოჰერენტული ოპტიკური საკომუნიკაციო სისტემა იყენებს ოპტიკურ მიქსერს ინტრადინური აღმოსაჩენად და იყენებს პოლარიზაციის დივერსიფიკაციას, ანუ მიმღებ ბოლოში სიგნალის სინათლე და ლოკალური ოსცილატორის სინათლე იყოფა ორ სინათლის სხივად, რომელთა პოლარიზაციის მდგომარეობები ერთმანეთის მიმართ ორთოგონალურია. ამ გზით შესაძლებელია პოლარიზაციისადმი არამგრძნობიარე მიღების მიღწევა. გარდა ამისა, უნდა აღინიშნოს, რომ ამ დროს, სიხშირის თვალყურის დევნება, მატარებლის ფაზის აღდგენა, გათანაბრება, სინქრონიზაცია, პოლარიზაციის თვალყურის დევნება და დემულტიპლექსირება მიმღებ ბოლოში შესაძლებელია ციფრული სიგნალის დამუშავების (DSP) ტექნოლოგიით, რაც მნიშვნელოვნად ამარტივებს მიმღების აპარატურულ დიზაინს და აუმჯობესებს სიგნალის აღდგენის შესაძლებლობას.
ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ტექნოლოგიების განვითარების წინაშე არსებული ზოგიერთი გამოწვევა და საკითხი
სხვადასხვა ტექნოლოგიების გამოყენების წყალობით, აკადემიურმა წრეებმა და ინდუსტრიამ ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო სისტემის სპექტრული ეფექტურობის ზღვარს მიაღწიეს. გადაცემის გამტარუნარიანობის გაზრდის გასაგრძელებლად, ეს შესაძლებელია მხოლოდ სისტემის გამტარუნარიანობის B გაზრდით (სიმძლავრის წრფივად გაზრდა) ან სიგნალ-ხმაურის თანაფარდობის გაზრდით. კონკრეტული განხილვა შემდეგია.
1. გადამცემი სიმძლავრის გაზრდის გადაწყვეტა
ვინაიდან მაღალი სიმძლავრის გადაცემის შედეგად გამოწვეული არაწრფივი ეფექტის შემცირება შესაძლებელია ბოჭკოვანი კვეთის ეფექტური ფართობის სათანადოდ გაზრდით, სიმძლავრის გაზრდის გამოსავალია გადაცემისთვის ერთრეჟიმიანი ბოჭკოს ნაცვლად რამდენიმე რეჟიმიანი ბოჭკოს გამოყენება. გარდა ამისა, არაწრფივი ეფექტების ამჟამად ყველაზე გავრცელებული გადაწყვეტაა ციფრული უკუგავრცელების (DBP) ალგორითმის გამოყენება, მაგრამ ალგორითმის მუშაობის გაუმჯობესება გამოიწვევს გამოთვლითი სირთულის ზრდას. ბოლო დროს, არაწრფივი კომპენსაციის სფეროში მანქანური სწავლების ტექნოლოგიის კვლევამ აჩვენა კარგი გამოყენების პერსპექტივა, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს ალგორითმის სირთულეს, ამიტომ DBP სისტემის დიზაინს მომავალში მანქანური სწავლება დაეხმარება.
2. ოპტიკური გამაძლიერებლის გამტარუნარიანობის გაზრდა
გამტარუნარიანობის გაზრდამ შეიძლება დაარღვიოს EDFA-ს სიხშირული დიაპაზონის შეზღუდვა. C და L დიაპაზონების გარდა, გამოყენების დიაპაზონში ასევე შეიძლება ჩაერთოს S დიაპაზონი, ხოლო გაძლიერებისთვის შეიძლება გამოყენებულ იქნას SOA ან რამანის გამაძლიერებელი. თუმცა, არსებულ ოპტიკურ ბოჭკოს დიდი დანაკარგები აქვს S დიაპაზონის გარდა სხვა სიხშირულ დიაპაზონებში და გადაცემის დანაკარგების შესამცირებლად აუცილებელია ახალი ტიპის ოპტიკურ-ბოჭკოვანი ქსელის შექმნა. თუმცა, დანარჩენი დიაპაზონებისთვის, კომერციულად ხელმისაწვდომი ოპტიკური გამაძლიერებელი ტექნოლოგიაც გამოწვევას წარმოადგენს.
3. დაბალი გადაცემის დანაკარგის მქონე ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კაბელის კვლევა
დაბალი გადაცემის დანაკარგების მქონე ბოჭკოვანი ტექნოლოგიის კვლევა ამ სფეროში ერთ-ერთი ყველაზე კრიტიკული საკითხია. ღრუ ბირთვიანი ბოჭკო (HCF) ხასიათდება გადაცემის დაბალი დანაკარგების შესაძლებლობით, რაც ამცირებს ბოჭკოვანი გადაცემის დროის შეფერხებას და მნიშვნელოვნად აღმოფხვრის ბოჭკოვანი ტექნოლოგიის არაწრფივ პრობლემას.
4. კოსმოსური გაყოფის მულტიპლექსირების ტექნოლოგიებთან დაკავშირებული კვლევა
სივრცული გაყოფის მულტიპლექსირების ტექნოლოგია ეფექტური გადაწყვეტაა ერთი ბოჭკოს ტევადობის გასაზრდელად. კერძოდ, გადაცემისთვის გამოიყენება მრავალბირთვიანი ოპტიკური ბოჭკო და ერთი ბოჭკოს ტევადობა ორმაგდება. ამ მხრივ მთავარი საკითხია, არსებობს თუ არა უფრო მაღალი ეფექტურობის ოპტიკური გამაძლიერებელი, წინააღმდეგ შემთხვევაში, ის შეიძლება იყოს მხოლოდ მრავალბირთვიანი ერთბირთვიანი ოპტიკური ბოჭკოების ეკვივალენტური; რეჟიმის გაყოფის მულტიპლექსირების ტექნოლოგიის გამოყენებით, მათ შორის წრფივი პოლარიზაციის რეჟიმი, ფაზურ სინგულარობაზე დაფუძნებული OAM სხივი და პოლარიზაციის სინგულარობაზე დაფუძნებული ცილინდრული ვექტორული სხივი, ასეთი ტექნოლოგია შეიძლება იყოს... სხივური მულტიპლექსირება უზრუნველყოფს თავისუფლების ახალ ხარისხს და აუმჯობესებს ოპტიკური საკომუნიკაციო სისტემების ტევადობას. მას ფართო გამოყენების პერსპექტივები აქვს ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ტექნოლოგიაში, მაგრამ მასთან დაკავშირებული ოპტიკური გამაძლიერებლების კვლევა ასევე გამოწვევას წარმოადგენს. გარდა ამისა, ყურადღების ღირსია, თუ როგორ დავაბალანსოთ სისტემის სირთულე, რომელიც გამოწვეულია დიფერენციალური რეჟიმის ჯგუფის შეფერხებით და მრავალჯერადი შეყვანის მრავალჯერადი გამომავალი ციფრული გათანაბრების ტექნოლოგიით.
ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ტექნოლოგიების განვითარების პერსპექტივები
ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ტექნოლოგია განვითარდა საწყისი დაბალი სიჩქარით გადაცემიდან ამჟამინდელ მაღალსიჩქარიან გადაცემამდე და გახდა ინფორმაციული საზოგადოების მხარდამჭერი ერთ-ერთი ხერხემალი ტექნოლოგია და ჩამოაყალიბა უზარმაზარი დისციპლინა და სოციალური სფერო. მომავალში, საზოგადოების ინფორმაციის გადაცემაზე მოთხოვნილების ზრდასთან ერთად, ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო სისტემები და ქსელური ტექნოლოგიები განვითარდება ულტრადიციული სიმძლავრის, ინტელექტისა და ინტეგრაციისკენ. გადაცემის მუშაობის გაუმჯობესების პარალელურად, ისინი გააგრძელებენ ხარჯების შემცირებას, ემსახურებიან ხალხის საარსებო წყაროს და დაეხმარებიან ქვეყანას ინფორმაციის შექმნაში. საზოგადოება მნიშვნელოვან როლს ასრულებს. CeiTa თანამშრომლობს არაერთ სტიქიური უბედურების ორგანიზაციასთან, რომლებსაც შეუძლიათ რეგიონალური უსაფრთხოების გაფრთხილებების, როგორიცაა მიწისძვრები, წყალდიდობები და ცუნამი, პროგნოზირება. მას მხოლოდ CeiTa-ს ONU-სთან დაკავშირება სჭირდება. სტიქიური უბედურების დროს, მიწისძვრის სადგური გასცემს ადრეულ გაფრთხილებას. ONU Alerts-ის ქვეშ არსებული 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 მოვლა-პატრონობისა და გაუმართაობის დიაგნოსტიკის თვალსაზრისით და ინტელექტის ხარისხი არასაკმარისია. ერთი ბოჭკოს უზარმაზარი ტევადობის გამო, ნებისმიერი ბოჭკოვანი გაუმართაობის წარმოშობა დიდ გავლენას მოახდენს ეკონომიკასა და საზოგადოებაზე. ამიტომ, ქსელის პარამეტრების მონიტორინგი ძალიან მნიშვნელოვანია მომავალი ინტელექტუალური ქსელების განვითარებისთვის. კვლევის მიმართულებები, რომლებსაც მომავალში ამ ასპექტში ყურადღება უნდა მიექცეს, მოიცავს: გამარტივებულ თანმიმდევრულ ტექნოლოგიასა და მანქანურ სწავლებაზე დაფუძნებული სისტემის პარამეტრების მონიტორინგის სისტემას, ფიზიკური რაოდენობის მონიტორინგის ტექნოლოგიას, რომელიც დაფუძნებულია თანმიმდევრულ სიგნალის ანალიზსა და ფაზა-მგრძნობიარე ოპტიკურ დროის დომენის ასახვაზე.
(2) ინტეგრირებული ტექნოლოგია და სისტემა
მოწყობილობების ინტეგრაციის ძირითადი მიზანი ხარჯების შემცირებაა. ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო ტექნოლოგიაში, სიგნალების მოკლე მანძილზე მაღალსიჩქარიანი გადაცემა შესაძლებელია სიგნალის უწყვეტი რეგენერაციის გზით. თუმცა, ფაზისა და პოლარიზაციის მდგომარეობის აღდგენის პრობლემების გამო, კოჰერენტული სისტემების ინტეგრაცია კვლავ შედარებით რთულია. გარდა ამისა, თუ შესაძლებელია 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 ოპტიკური კომუნიკაციების სფეროში მთლიანად ოპტიკური სიგნალების, როგორიცაა მთლიანად ოპტიკური 2R (ხელახალი გაძლიერება, ხელახალი ფორმირება), 3R (ხელახალი გაძლიერება, ხელახალი დროის განსაზღვრა და ხელახალი ფორმირება), ფართოდ პოპულარიზაცია. ამიტომ, ინტეგრაციის ტექნოლოგიისა და სისტემების თვალსაზრისით, სამომავლო კვლევის მიმართულებები შემდეგია: მიუხედავად იმისა, რომ კოსმოსური გაყოფის მულტიპლექსირების სისტემების არსებული კვლევა შედარებით მდიდარია, კოსმოსური გაყოფის მულტიპლექსირების სისტემების ძირითად კომპონენტებს ჯერ არ მიუღწევიათ ტექნოლოგიური გარღვევები აკადემიურ წრეებსა და ინდუსტრიაში და საჭიროა შემდგომი გაძლიერება. კვლევები, როგორიცაა ინტეგრირებული ლაზერები და მოდულატორები, ორგანზომილებიანი ინტეგრირებული მიმღებები, მაღალი ენერგოეფექტურობის ინტეგრირებული ოპტიკური გამაძლიერებლები და ა.შ.; ახალი ტიპის ოპტიკურ-ბოჭკებმა შეიძლება მნიშვნელოვნად გააფართოვონ სისტემის გამტარუნარიანობა, მაგრამ საჭიროა შემდგომი კვლევა იმის უზრუნველსაყოფად, რომ მათი ყოვლისმომცველი მუშაობა და წარმოების პროცესები მიაღწიოს არსებულ ერთი რეჟიმის ბოჭკოვან დონეს; შეისწავლოს სხვადასხვა მოწყობილობები, რომელთა გამოყენება შესაძლებელია ახალ ბოჭკოსთან ერთად საკომუნიკაციო არხში.
(3) ოპტიკური საკომუნიკაციო მოწყობილობები
ოპტიკურ საკომუნიკაციო მოწყობილობებში, სილიციუმის ფოტონური მოწყობილობების კვლევამ და განვითარებამ საწყის შედეგებს მიაღწია. თუმცა, ამჟამად, შიდა კვლევები ძირითადად პასიურ მოწყობილობებზეა დაფუძნებული, ხოლო აქტიურ მოწყობილობებზე კვლევა შედარებით სუსტია. ოპტიკური საკომუნიკაციო მოწყობილობების თვალსაზრისით, სამომავლო კვლევის მიმართულებებია: აქტიური მოწყობილობებისა და სილიციუმის ოპტიკური მოწყობილობების ინტეგრაციული კვლევა; არასილიციუმის ოპტიკური მოწყობილობების ინტეგრაციული ტექნოლოგიის კვლევა, როგორიცაა III-V მასალებისა და სუბსტრატების ინტეგრაციული ტექნოლოგიის კვლევა; ახალი მოწყობილობების შემდგომი განვითარება და კვლევა. შემდგომი პროექტები, როგორიცაა ინტეგრირებული ლითიუმ-ნიობატის ოპტიკური ტალღგამტარი მაღალი სიჩქარისა და დაბალი ენერგომოხმარების უპირატესობებით.
გამოქვეყნების დრო: 2023 წლის 3 აგვისტო
