Optisko šķiedru raidītāju tehnoloģija izplūst no tradicionālajiem sakaru laukiem. Mākslīgā intelekta jomā ātrdarbīgie optiskie starpsavienojumi ir galvenais, lai pārvarētu skaitļošanas sastrēgumus; redzamās gaismas komunikācijā (VLC), tas var nodrošināt jaunus spektrālos resursus 6G. Integrējot ar tādām tehnoloģijām kā mikroviļņu fotonika, to var izmantot arī plašākās jomās, tostarp sensoru, attēlveidošanas un aizsardzības jomā.
01 Tehnoloģiskā evolūcija
Theoptiskās šķiedras raidītājs, kas ir optisko sakaru sistēmu galvenā sastāvdaļa, tiek pārveidots no viena-funkciju moduļa par viedu, augstas{1}}efektivitātes sistēmu. Agrīnie optisko šķiedru raidītāji galvenokārt veica pamata elektro-optisko pārveidošanu, taču tagad tie ir kļuvuši par galveno elementu, kas nosaka visu sakaru tīklu veiktspēju.
Saskaņā ar jaunākajiem Fraunhofera institūta pētījumiem tradicionālās optiskās šķiedras sistēmas vairs nevar apmierināt nākotnes lietojumu prasības. Tas ir piespiedis pētniekus izstrādāt progresīvākas optisko šķiedru raidītāju tehnoloģijas, piemēram, izmantojot viļņu garuma-selektīvos slēdžus un telpiskās dalīšanas multipleksēšanu, lai palielinātu tīkla jaudu un elastību.
Būtisks virziens tehnoloģiju attīstībā ir spektrālās efektivitātes uzlabošana. Pētnieki ir izstrādājuši jaunus režģu veidus, lai palielinātu spektrālo izšķirtspēju no tradicionālā 100 GHz līdz 25 GHz. Tas padara datu pārraides frekvenču joslas šaurākas un datu paketes mazākas, tādējādi ļaujot vienā optiskajā šķiedrā vienlaikus pārsūtīt vairāk datu pakešu.
02 Veiktspējas priekšrocības
Iemesls, kāpēc optiskās šķiedras raidītāji ir kļuvuši par mūsdienu sakaru tīklu kodolu, ir to daudzpusīgās veiktspējas priekšrocības. Liela{1}}ātruma pārraides iespēja ir viena no to ievērojamākajām funkcijām, kas atbalsta datu pārsūtīšanas ātrumu Gbps un pat lielāku.
Šis raksturlielums padara tos plaši izmantojamus scenārijos, kuros nepieciešama liela datu pārraide, piemēram, datu centru starpsavienojumi un platjoslas piekļuve. Turpretim tradicionālajiem vara kabeļiem salīdzināmos apstākļos ir ievērojami ierobežots gan pārraides ātrums, gan attālums.
Optisko šķiedru raidītāji izmanto optiskos signālus, lai pārraidītu datus, kā rezultātā ir mazāki pārraides zudumi un vājināšanās, salīdzinot ar tradicionālajiem vara kabeļiem. Tas nozīmē, ka signāli var uzturēt augstu kvalitāti un stabilitāti lielos attālumos, samazinot signāla vājināšanās ietekmi uz sakaru kvalitāti.
Šis īpašums ir īpaši svarīgs scenārijiem, kuros nepieciešams liela attāluma{0}}pārklājums, piemēram, lielpilsētu zonu tīkli (MAN) un teritoriālie tīkli (WAN).Optiskās šķiedras raidītājivar nodrošināt datu pārraidi desmitiem vai pat simtiem kilometru.
Optisko šķiedru raidītāji pārraides laikā ir mazāk jutīgi pret ārējiem elektromagnētiskiem traucējumiem. Salīdzinot ar kabeļa pārraidi, tie var labāk uzturēt signāla integritāti un stabilitāti, ir mazāk pakļauti vides faktoriem un nodrošina drošu un uzticamu datu pārraidi.
03 Lietojumprogrammas scenāriji
Optisko šķiedru raidītāju pielietojuma scenāriji ir paplašinājušies no tradicionālajām telekomunikācijām uz vairākām jaunām nozarēm. To veiktspējas raksturlielumi nosaka to piemērotību dažādiem scenārijiem.
Šajā tabulā ir salīdzinātas optisko šķiedru raidītāju veiktspējas prasības dažādos lietojuma scenārijos.
| Lietojumprogrammas scenārijs | Galvenās veiktspējas prasības | Tipisks pārraides attālums | Tehniskie raksturlielumi |
|---|---|---|---|
| Datu centra starpsavienojums | Liels ātrums, zems latentums | Vidējs{0}}Īss attālums | Liels{0}}blīvums, mazs enerģijas patēriņš |
| MAN/WAN | Liels attālums, augsta stabilitāte | Desmitiem līdz simtiem kilometru | Spēcīgs pret{0}}traucējums, mazi zudumi |
| Nākotnes tīkli (6G/Quantum Comm.) | Īpaši-Liela ietilpība, elastība | Kombinēts tāls/īss attālums | Multipleksēšanas tehnoloģijas, mērogojamība |
| CATV tīkli | Augsta signāla kvalitāte, plašs pārklājums | Lielais attālums | Augsta izejas jauda, izkropļojumu kontrole |
| Novērošanas sistēmas | Stabils un uzticams, augsta pielāgošanās spēja | Vidējs{0}}Īss attālums | Spēcīga pielāgošanās videi, vienkārša izvietošana |
Datu centru starpsavienojumu jomā mazie izmēri un vieglais rakstursoptiskās šķiedras raidītājinodrošina elastīgu izkārtojumu un uzstādīšanu telpā{0}}ierobežotā vidē. Izmantojot optiskos moduļus un ielāpu vadus, tiek nodrošināta augsta-blīvuma kabeļu un portu izvietošana, kas atbilst liela mēroga-datu centru prasībām pēc saskarnes blīvuma un aprīkojuma kompaktuma.
Attīstoties jaunām tehnoloģijām, piemēram, autonomiem transportlīdzekļiem, 6G mobilajiem sakariem un kvantu sakariem, pieprasījums pēc optisko šķiedru tīkliem nepārtraukti pieaug. Šīm lietojumprogrammām ir nepieciešams lielāks datu pārraides ātrums un mazāks latentums, ko tradicionālie optiskās šķiedras raidītāji vairs nevar pilnībā apmierināt.
Vācijas Fraunhofera institūta izstrādātais WESORAM projekts veiksmīgi demonstrēja spēju patvaļīgi novirzīt signālus no 8 ievades kanāliem uz 16 izvades kanāliem. Šī "savienojuma" iespēja palielina tīkla jaudu un nodrošina lielāku elastību datu straumju pārsūtīšanai un maršrutēšanai.
Speciāli izstrādātiem optisko šķiedru raidītājiem ir būtiska nozīme arī kabeļtelevīzijas (CATV) tīklos. Piemēram, EMCORE I-Type Medallion 6000 sērijas 1550 nm ārēji modulētie raidītāji ir optimizēti starptautiskām CATV sistēmām, kas atbalsta optiskās šķiedras saites līdz 150 kilometriem.
04 Rūpniecības progress
Optisko šķiedru raidītāju tehnoloģija strauji attīstās, un daudzi novatoriski pētniecības projekti virza progresu šajā jomā. Zinātnieki ir panākuši ievērojamu izrāvienu optiskās šķiedras sakaru ātrumā, panākot pārraides ātrumu 1,84 Pbit/s pa aptuveni 8-kilometrus garu šķiedru.
Šis ātrums ir līdzvērtīgs datu pārsūtīšanai no aptuveni 236 viena{1}}terabaita (1 TB) cietajiem diskiem sekundē, kas ir aptuveni divas reizes lielāks par pašreizējo kopējo globālo interneta trafiku. Jo īpaši, pētnieku komanda pirmo reizi sasniedza ātrumu, kas pārsniedza 1 Pbit/s, izmantojot tikai "vienu lāzeru + vienu optisko mikroshēmu".
Optiskās frekvences ķemmes tehnoloģija bija šī izrāviena atslēga. Šī tehnoloģija pārveido infrasarkanā lāzera gaismu varavīksnes spektrā, kas sastāv no daudzām krāsām, kur frekvences un frekvenču atšķirības starp katru monohromatisko gaismu ir fiksētas, padarot to piemērotu viļņu garuma dalīšanas multipleksēšanai.
Visa radītā gaisma ir saskaņota, ļaujot veikt kopīgu digitālo signālu apstrādi starp dažādiem kanāliem, galu galā ievērojami paātrinot datu pārraides ātrumu.
Ievērojams progress ir panākts arī daudzkodolu šķiedru tehnoloģijā{0}. Pētnieku grupa no ASV Nacionālā standartu un tehnoloģiju institūta (NIST) pirmo reizi pierādīja, ka īpaši stabilus optiskā atompulksteņa signālus var pārraidīt saderīgi kopā ar telekomunikāciju datiem daudzkodolu šķiedrā, kas izvietota desmitiem kilometru garumā.
Tas nozīmē, ka jaunie lieljaudas{0}}šķiedru tīkli varētu ne tikai pārsūtīt milzīgus datu apjomus, bet arī potenciāli sinhronizēt atompulksteņus visā pasaulē ar augstu precizitāti.
05 Izaicinājumi un nākotne
Neskatoties uz ievērojamo progresu, optisko šķiedru raidītāju tehnoloģija joprojām saskaras ar vairākiem izaicinājumiem. Izmaksas ir viena no tām, jo īpaši viļņu garuma dalīšanas multipleksēšanas (WDM) sistēmās, kur optisko un optoelektronisko komponentu izmaksas ir augstas, daļēji tāpēc, ka ir nepieciešama precīza viļņa garuma regulēšana.
Šajos komponentos izmantoto dielektriķu fizikālās īpašības ir atkarīgas no temperatūras{0}}. Šī temperatūras jutība var izraisīt filtra viļņu garuma izmaiņas.
Fraunhofer HHI institūta iniciētais projekts OPTIMUX ir veltīts inovatīvu un efektīvu multipleksēšanas risinājumu izstrādei visam pārraides ceļam. Projekts koncentrējas uz optimālām multipleksēšanas stratēģijām optiskās šķiedras datu pārraidei, izmantojot telpisko multipleksēšanu, lai sasniegtu simbolu ātrumu līdz 300 GBd.
Strauji attīstoties digitalizācijai un pieaugot ar datiem{0}}vadāmām lietojumprogrammām, esošā tīkla infrastruktūra tuvojas savām robežām. Lai gan viļņu garuma dalīšanas multipleksēšana ir izplatīta metode, telpiskā multipleksēšana piedāvā jaunu tīkla optimizācijas ceļu. Izmantojot vairākus šķiedru serdeņus un pārraides režīmus, jaudu var ievērojami palielināt.
