Kiudoptiliste saatjate tehnoloogia levib traditsioonilistest sidevaldkondadest. Tehisintellekti valdkonnas on arvutuslikest kitsaskohtadest läbimurdmisel võtmetähtsusega{1}}kiire optilised ühendused; nähtava valguse kommunikatsioonis (VLC), võib see pakkuda 6G jaoks uusi spektriressursse. Integreerides selliste tehnoloogiatega nagu mikrolainefotoonika, saab seda rakendada ka laiemates valdkondades, sealhulgas andur, pildistamine ja kaitse.
01 Tehnoloogiline areng
Thefiiberoptiline saatja, mis on optiliste sidesüsteemide põhikomponent, on muutumas ühest -funktsionaalsest moodulist intelligentseks ja tõhusaks{1}}süsteemiks. Varased fiiberoptilised saatjad teostasid peamiselt põhilist elektro-optilist muundamist, kuid nüüdseks on neist saanud kogu sidevõrkude toimivust määrav võtmeelement.
Fraunhoferi instituudi viimaste uuringute kohaselt ei suuda traditsioonilised kiudoptilised süsteemid enam vastata tulevaste rakenduste nõudmistele. See on sundinud teadlasi välja töötama täiustatud fiiberoptiliste saatjate tehnoloogiaid, nagu lainepikkuse{1}}selektiivlülitite ja ruumijaotusega multipleksimise kasutamine, et suurendada võrgu läbilaskevõimet ja paindlikkust.
Tehnoloogilise evolutsiooni oluline suund on spektraalse efektiivsuse parandamine. Teadlased on välja töötanud uut tüüpi võreid, et suurendada spektraalset eraldusvõimet traditsiooniliselt 100 GHz-lt 25 GHz-le. See muudab andmeedastuse sagedusribad kitsamaks ja andmepaketid väiksemaks, võimaldades seeläbi sama optilise kiu piires samaaegselt edastada rohkem andmepakette.
02 jõudluse eelised
Põhjus, miks fiiberoptilistest saatjatest on saanud tänapäevaste sidevõrkude tuum, peitub nende mitmekülgsetes jõudluse eelistes. Kiire{1}}edastusvõime on üks nende silmapaistvamaid funktsioone, mis toetab andmeedastuskiirusi Gbps ja isegi suuremaid.
See omadus muudab need laialdaselt kasutatavaks stsenaariumides, mis nõuavad ulatuslikku andmeedastust, näiteks andmekeskuste vastastikused ühendused ja lairibaühendus. Seevastu traditsiooniliste vaskkaablite edastuskiirus ja vahemaa on võrreldavates tingimustes oluliselt piiratud.
Fiiberoptilised saatjad kasutavad andmete edastamiseks optilisi signaale, mille tulemuseks on traditsiooniliste vaskkaablitega võrreldes väiksem edastuskadu ja sumbumine. See tähendab, et signaalid suudavad säilitada kõrge kvaliteedi ja stabiilsuse pikkade vahemaade tagant, vähendades signaali sumbumise mõju sidekvaliteedile.
See omadus on eriti oluline stsenaariumide puhul, mis nõuavad kaug{0}}katet, nagu suurlinnavõrgud (MAN) ja laivõrgud (WAN).Fiiberoptilised saatjadvõib saavutada andmeedastuse kümnete või isegi sadade kilomeetrite ulatuses.
Fiiberoptilised saatjad on edastamise ajal vähem vastuvõtlikud välistele elektromagnetilistele häiretele. Võrreldes kaabelleviga suudavad need paremini säilitada signaali terviklikkust ja stabiilsust, on vähem vastuvõtlikud keskkonnateguritele ning tagavad turvalise ja usaldusväärse andmeedastuse.
03 Rakenduse stsenaariumid
Kiudoptiliste saatjate rakendusstsenaariumid on laienenud traditsiooniliselt telekommunikatsioonilt mitmele arenevale tööstusharule. Nende jõudlusnäitajad määravad nende sobivuse erinevate stsenaariumide jaoks.
Järgmises tabelis võrreldakse fiiberoptiliste saatjate jõudlusnõudeid erinevates rakendusstsenaariumides.
| Rakenduse stsenaarium | Peamised jõudlusnõuded | Tüüpiline edastuskaugus | Tehnilised omadused |
|---|---|---|---|
| Andmekeskuse ühendus | Suur kiirus, madal latentsusaeg | Keskmine{0}}Lühike vahemaa | Suure-tihedusega kasutuselevõtt, madal energiatarve |
| MEES/WAN | Pikk vahemaa, kõrge stabiilsus | Kümned kuni sadu kilomeetreid | Tugev häiretevastane{0}}väike kadu |
| Tulevikuvõrgud (6G/Quantum Comm.) | Ultra-Suur võimsus, paindlikkus | Kombineeritud pikk/lühike vahemaa | Multipleksimistehnoloogiad, skaleeritavus |
| CATV võrgud | Kõrge signaalikvaliteet, lai leviala | Pikamaa | Suur väljundvõimsus, moonutuste juhtimine |
| Seiresüsteemid | Stabiilne ja usaldusväärne, kõrge kohanemisvõime | Keskmine{0}}Lühike vahemaa | Tugev keskkonnaga kohanemisvõime, lihtne kasutuselevõtt |
Andmekeskuste ühenduste valdkonnas on nende väiksus ja kerge olemuskiudoptilised saatjadvõimaldavad paindlikku paigutust ja paigaldamist ruumi{0}}piiratud keskkondadesse. Optiliste moodulite ja plaastrijuhtmete kasutamine võimaldab suure-tihedusega kaablite ja pordi juurutamist, mis vastab suuremahuliste-andmekeskuste liidese tiheduse ja seadmete kompaktsuse nõuetele.
Uute tehnoloogiate, nagu autonoomsed sõidukid, 6G mobiilside ja kvantside, arenedes kasvab nõudlus kiudoptiliste võrkude järele pidevalt. Need rakendused nõuavad suuremat andmeedastuskiirust ja väiksemat latentsust, mida traditsioonilised fiiberoptilised saatjad enam täielikult rahuldada ei suuda.
Saksamaa Fraunhoferi Instituudi poolt välja töötatud projekt WESORAM demonstreeris edukalt võimet suunata signaale meelevaldselt 8 sisendkanalilt 16 väljundkanalile. See rist-ühendamise võimalus suurendab võrgu läbilaskevõimet ja pakub suuremat paindlikkust andmevoogude edastamisel ja marsruutimisel.
Kaabeltelevisiooni (CATV) võrkudes mängivad olulist rolli ka spetsiaalselt loodud fiiberoptilised saatjad. Näiteks EMCORE I-Type Medallion 6000 seeria 1550 nm välise modulatsiooniga saatjad on optimeeritud rahvusvaheliste CATV-süsteemide jaoks, toetades kuni 150-kilomeetriseid fiiberopente.
04 Tööstuse edenemine
Fiiberoptiliste saatjate tehnoloogia areneb kiiresti ning selles valdkonnas on edu saavutanud arvukad uuenduslikud uurimisprojektid. Teadlased on saavutanud suure läbimurde fiiberoptilise side kiiruses, saavutades edastuskiiruseks 1,84 Pbit/s umbes 8-kilomeetri pikkuse kiu puhul.
See kiirus võrdub andmete edastamisega umbes 236 ühe-terabaidiselt (1 TB) kõvakettalt sekundis, mis on ligikaudu kaks korda suurem kui praegune kogu globaalne Interneti-liiklus. Veelgi olulisem on see, et uurimisrühm saavutas esimest korda kiiruse, mis ületas 1 Pbit/s, kasutades "üks laser + üks optiline kiip".
Selle läbimurde võtmeks oli optilise sagedusega kammitehnoloogia. See tehnoloogia muudab infrapunalaseri valguse paljudest värvidest koosnevaks vikerkaarespektriks, kus iga monokromaatilise valguse sagedus- ja sageduserinevused on fikseeritud, muutes selle sobivaks lainepikkusjaotusega multipleksimiseks.
Kogu genereeritud valgus on koherentne, võimaldades ühist digitaalset signaalitöötlust erinevate kanalite vahel, mis lõppkokkuvõttes kiirendab oluliselt andmeedastuskiirust.
Märkimisväärseid edusamme on tehtud ka mitmetuumalise kiud{0}}tehnoloogia vallas. USA riikliku standardi- ja tehnoloogiainstituudi (NIST) uurimisrühm näitas esimest korda, et ülistabiilseid optilise aatomkella signaale saab edastada koos telekommunikatsiooniandmetega mitmetuumalises kius, mis on paigutatud kümnete kilomeetrite kaugusele.
See tähendab, et tekkivad suure võimsusega{0}}kiudoptilised võrgud ei suuda mitte ainult edastada tohutuid andmemahtusid, vaid ka potentsiaalselt sünkroonida aatomkellasid kogu maailmas suure täpsusega.
05 Väljakutsed ja tulevik
Vaatamata märkimisväärsetele edusammudele seisab fiiberoptilise saatja tehnoloogial endiselt mitmeid väljakutseid. Kulud on üks neist, eriti lainepikkusjaotusega multipleksimissüsteemides (WDM), kus optiliste ja optoelektrooniliste komponentide hind on kõrge, osaliselt seetõttu, et on vaja lainepikkust täpselt häälestada.
Nendes komponentides kasutatavate dielektrikute füüsikalised omadused sõltuvad{0}}temperatuurist. See temperatuuritundlikkus võib põhjustada filtri lainepikkuste nihkeid.
Fraunhofer HHI Instituudi algatatud projekt OPTIMUX on pühendatud uuenduslike ja tõhusate multipleksimislahenduste väljatöötamisele kogu edastustee jaoks. Projekt keskendub optimaalsetele multipleksimisstrateegiatele fiiberoptilise andmeedastuse jaoks, kasutades ruumilist multipleksimist, eesmärgiga saavutada kuni 300 GBd sümbolikiirused.
Digitaliseerimise kiire arengu ja andmepõhiste rakenduste{0}}kasvamisega on olemasolev võrguinfrastruktuur lähenemas oma piiridele. Kuigi lainepikkusjaotusega multipleksimine on levinud meetod, pakub ruumiline multipleksimine võrgu optimeerimiseks uut teed. Kasutades mitut kiudsüdamikku ja edastusrežiime, saab võimsust oluliselt suurendada.
