حالة التطوير وآفاق تكنولوجيا اتصالات الألياف الضوئية، مذكرة المحرر

من خلال تطبيق التقنيات المختلفة، وصلت الدوائر الأكاديمية والصناعة بشكل أساسي إلى الحد الأقصى من الكفاءة الطيفية لنظام اتصالات الألياف الضوئية. للاستمرار في زيادة سعة الإرسال، لا يمكن تحقيق ذلك إلا عن طريق زيادة عرض النطاق الترددي للنظام B (زيادة السعة خطيًا) أو زيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء. المناقشة المحددة هي على النحو التالي.

1. الحل لزيادة قوة الإرسال
نظرًا لأنه يمكن تقليل التأثير غير الخطي الناتج عن النقل عالي الطاقة عن طريق زيادة المساحة الفعالة للمقطع العرضي للألياف بشكل صحيح، فإن استخدام الألياف قليلة الوضع بدلاً من الألياف أحادية الوضع للإرسال هو الحل لزيادة الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الحل الحالي الأكثر شيوعًا للتأثيرات غير الخطية هو استخدام خوارزمية الانتشار العكسي الرقمي (DBP)، ولكن تحسين أداء الخوارزمية سيؤدي إلى زيادة التعقيد الحسابي. في الآونة الأخيرة، أظهرت أبحاث تكنولوجيا التعلم الآلي في التعويض غير الخطي احتمالية تطبيق جيدة، مما يقلل بشكل كبير من تعقيد الخوارزمية، لذلك يمكن مساعدة تصميم نظام DBP من خلال التعلم الآلي في المستقبل.

2. زيادة عرض النطاق الترددي للمكبر البصري
يمكن أن تؤدي زيادة عرض النطاق الترددي إلى اختراق قيود نطاق تردد EDFA. بالإضافة إلى النطاق C والنطاق L، يمكن أيضًا تضمين النطاق S في نطاق التطبيق، ويمكن استخدام مضخم SOA أو Raman للتضخيم. ومع ذلك، فإن الألياف الضوئية الموجودة لديها خسارة كبيرة في نطاقات التردد بخلاف النطاق S، ومن الضروري تصميم نوع جديد من الألياف الضوئية لتقليل فقدان الإرسال. ولكن بالنسبة لبقية النطاقات، فإن تقنية التضخيم البصري المتاحة تجاريًا تمثل أيضًا تحديًا.

3. بحث عن الألياف الضوئية ذات فقدان الإرسال المنخفض
يعد البحث عن الألياف ذات فقدان الإرسال المنخفض أحد أهم القضايا في هذا المجال. تتمتع الألياف الأساسية المجوفة (HCF) بإمكانية تقليل فقدان الإرسال، مما يقلل من التأخير الزمني لنقل الألياف ويمكن أن يزيل المشكلة غير الخطية للألياف إلى حد كبير.

4. البحث في التقنيات المتعلقة بتعدد الإرسال بتقسيم الفضاء
تعد تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء حلاً فعالاً لزيادة سعة الألياف الواحدة. على وجه التحديد، يتم استخدام الألياف الضوئية متعددة النواة للإرسال، ويتم مضاعفة سعة الألياف الواحدة. والمسألة الأساسية في هذا الصدد هي ما إذا كان هناك مضخم بصري عالي الكفاءة. وإلا فإنه يمكن أن يكون مكافئًا فقط للألياف الضوئية أحادية النواة المتعددة؛ باستخدام تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الوضع بما في ذلك وضع الاستقطاب الخطي، وحزمة OAM القائمة على تفرد الطور وحزمة المتجهات الأسطوانية القائمة على تفرد الاستقطاب، يمكن أن تكون هذه التكنولوجيا توفر درجة جديدة من الحرية وتحسن قدرة أنظمة الاتصالات البصرية. لديها آفاق تطبيق واسعة في تكنولوجيا اتصالات الألياف الضوئية، ولكن البحث عن مكبرات الصوت الضوئية ذات الصلة يمثل أيضًا تحديًا. بالإضافة إلى ذلك، فإن كيفية موازنة تعقيد النظام الناتج عن تأخير مجموعة الوضع التفاضلي وتقنية المعادلة الرقمية متعددة المدخلات والمخرجات المتعددة تستحق الاهتمام أيضًا.

آفاق تطوير تكنولوجيا الاتصالات بالألياف الضوئية
تطورت تكنولوجيا اتصالات الألياف الضوئية من الإرسال الأولي منخفض السرعة إلى الإرسال الحالي عالي السرعة، وأصبحت إحدى التقنيات الأساسية التي تدعم مجتمع المعلومات، وشكلت مجالًا اجتماعيًا وتخصصًا ضخمًا. في المستقبل، مع استمرار تزايد طلب المجتمع على نقل المعلومات، ستتطور أنظمة اتصالات الألياف الضوئية وتقنيات الشبكات نحو سعة كبيرة جدًا وذكاء وتكامل. ومع تحسين أداء النقل، فإنها ستستمر في خفض التكاليف وخدمة سبل عيش الناس ومساعدة البلاد في بناء المعلومات. يلعب المجتمع دورا هاما. تعاونت شركة CeiTa مع عدد من منظمات الكوارث الطبيعية، والتي يمكنها التنبؤ بتحذيرات السلامة الإقليمية مثل الزلازل والفيضانات وأمواج التسونامي. يحتاج فقط إلى أن يكون متصلاً بـ ONU الخاص بـ CeiTa. عند حدوث كارثة طبيعية، ستصدر محطة الزلازل إنذارًا مبكرًا. ستتم مزامنة المحطة ضمن تنبيهات ONU.

(1) الشبكة الضوئية الذكية
بالمقارنة مع نظام الاتصالات اللاسلكية، لا يزال نظام الاتصالات البصرية وشبكة الشبكة الضوئية الذكية في المرحلة الأولية من حيث تكوين الشبكة وصيانة الشبكة وتشخيص الأخطاء، ودرجة الذكاء غير كافية. ونظرًا للسعة الهائلة للألياف الواحدة، فإن حدوث أي عطل في الألياف سيكون له تأثير كبير على الاقتصاد والمجتمع. ولذلك، فإن مراقبة معلمات الشبكة أمر مهم للغاية لتطوير الشبكات الذكية المستقبلية. تشمل اتجاهات البحث التي يجب الاهتمام بها في هذا الجانب في المستقبل ما يلي: نظام مراقبة معلمات النظام استنادًا إلى التكنولوجيا المتماسكة المبسطة والتعلم الآلي، وتكنولوجيا مراقبة الكمية الفيزيائية القائمة على تحليل الإشارات المتماسكة وانعكاس المجال الزمني البصري الحساس للمرحلة.

(2) التكنولوجيا والنظام المتكامل
الغرض الأساسي من تكامل الجهاز هو تقليل التكاليف. في تكنولوجيا اتصالات الألياف الضوئية، يمكن تحقيق نقل الإشارات عالي السرعة لمسافات قصيرة من خلال التجديد المستمر للإشارة. ومع ذلك، نظرًا لمشاكل استعادة الطور وحالة الاستقطاب، لا يزال تكامل الأنظمة المتماسكة أمرًا صعبًا نسبيًا. بالإضافة إلى ذلك، إذا كان من الممكن تحقيق نظام بصري-كهربائي-بصري متكامل واسع النطاق، فسيتم أيضًا تحسين قدرة النظام بشكل كبير. ومع ذلك، نظرًا لعوامل مثل الكفاءة التقنية المنخفضة والتعقيد العالي وصعوبة التكامل، فمن المستحيل الترويج على نطاق واسع لجميع الإشارات الضوئية مثل 2R الضوئية بالكامل (إعادة التضخيم وإعادة التشكيل) و3R (إعادة التضخيم) وإعادة التوقيت وإعادة التشكيل) في مجال الاتصالات البصرية. تكنولوجيا المعالجة. لذلك، فيما يتعلق بتكنولوجيا وأنظمة التكامل، فإن اتجاهات البحث المستقبلية هي كما يلي: على الرغم من أن الأبحاث الحالية حول أنظمة تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء غنية نسبيًا، إلا أن المكونات الرئيسية لأنظمة تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء لم تحقق بعد اختراقات تكنولوجية في الأوساط الأكاديمية والصناعة، وهناك حاجة إلى مزيد من التعزيز. البحوث، مثل أجهزة الليزر المتكاملة والمعدلات، وأجهزة الاستقبال المتكاملة ثنائية الأبعاد، ومكبرات الصوت الضوئية المتكاملة ذات الكفاءة العالية في استخدام الطاقة، وما إلى ذلك؛ قد تعمل الأنواع الجديدة من الألياف الضوئية على توسيع نطاق النطاق الترددي للنظام بشكل كبير، ولكن لا تزال هناك حاجة إلى مزيد من البحث للتأكد من أن أدائها الشامل وعمليات التصنيع يمكن أن تصل إلى المستوى الفردي الحالي لمستوى الألياف؛ دراسة الأجهزة المختلفة التي يمكن استخدامها مع الألياف الجديدة في وصلة الاتصال.

(3) أجهزة الاتصالات البصرية
في أجهزة الاتصالات البصرية، حقق البحث والتطوير للأجهزة الضوئية السيليكونية نتائج أولية. ومع ذلك، في الوقت الحاضر، تعتمد الأبحاث المحلية ذات الصلة بشكل أساسي على الأجهزة السلبية، والأبحاث المتعلقة بالأجهزة النشطة ضعيفة نسبيًا. فيما يتعلق بأجهزة الاتصالات البصرية، تشمل اتجاهات البحث المستقبلية ما يلي: أبحاث التكامل بين الأجهزة النشطة وأجهزة السيليكون الضوئية؛ البحث عن تكنولوجيا التكامل للأجهزة البصرية غير السيليكون، مثل البحث عن تكنولوجيا التكامل للمواد والركائز III-V؛ مزيد من التطوير لأبحاث وتطوير الأجهزة الجديدة. المتابعة، مثل الدليل الموجي البصري نيوبات الليثيوم المدمج مع مزايا السرعة العالية والاستهلاك المنخفض للطاقة.