Il n'y a pas si longtemps, la feuille de réponses de mi-année pour le développement conjoint de Hengqin entre Zhuhai et Macao se dépliait lentement. L'une des fibres optiques transfrontalières a attiré l'attention. Il est passé par Zhuhai et Macao pour réaliser l'interconnexion de la puissance de calcul et le partage des ressources de Macao à Hengqin, et construire un canal d'information. Shanghai promeut également le projet de modernisation et de transformation du réseau de communication entièrement fibre « optique vers cuivre » afin d'assurer un développement économique de haute qualité et de meilleurs services de communication pour les résidents.
Avec le développement rapide de la technologie Internet, la demande des utilisateurs en trafic Internet augmente de jour en jour, comment améliorer la capacité de communication par fibre optique est devenu un problème urgent à résoudre.
Depuis l’apparition de la technologie de communication par fibre optique, elle a entraîné des changements majeurs dans les domaines de la science, de la technologie et de la société. En tant qu'application importante de la technologie laser, la technologie de l'information laser représentée par la technologie de communication par fibre optique a construit le cadre du réseau de communication moderne et est devenue une partie importante de la transmission de l'information. La technologie de communication par fibre optique est une force porteuse importante du monde Internet actuel, et c'est également l'une des technologies de base de l'ère de l'information.
Avec l’émergence continue de diverses technologies émergentes telles que l’Internet des objets, les mégadonnées, la réalité virtuelle, l’intelligence artificielle (IA), les communications mobiles de cinquième génération (5G) et d’autres technologies, les exigences en matière d’échange et de transmission d’informations sont de plus en plus élevées. Selon les données de recherche publiées par Cisco en 2019, le trafic IP annuel mondial passera de 1,5 ZB (1 ZB = 1 021 B) en 2017 à 4,8 ZB en 2022, avec un taux de croissance annuel composé de 26 %. Face à la tendance croissante du trafic élevé, la communication par fibre optique, en tant que partie la plus centrale du réseau de communication, est soumise à une énorme pression pour se moderniser. Les systèmes et réseaux de communication par fibre optique à haut débit et de grande capacité constitueront l’orientation principale du développement de la technologie de communication par fibre optique.
Historique du développement et état de la recherche sur la technologie de communication par fibre optique
Le premier laser à rubis a été développé en 1960, suite à la découverte du fonctionnement des lasers par Arthur Showlow et Charles Townes en 1958. Puis, en 1970, le premier laser à semi-conducteur AlGaAs capable de fonctionner en continu à température ambiante a été développé avec succès, et en 1977, le laser à semi-conducteur a été conçu pour fonctionner en continu pendant des dizaines de milliers d'heures dans un environnement pratique.
Jusqu’à présent, les lasers présentent les conditions préalables à une communication commerciale par fibre optique. Dès le début de l’invention du laser, les inventeurs ont reconnu son application potentielle importante dans le domaine de la communication. Cependant, la technologie de communication laser présente deux inconvénients évidents : l'un est qu'une grande quantité d'énergie sera perdue en raison de la divergence du faisceau laser ; l'autre est qu'il est fortement affecté par l'environnement d'application, tel que l'application dans l'environnement atmosphérique sera considérablement soumise aux changements des conditions météorologiques. Par conséquent, pour la communication laser, un guide d’onde optique approprié est très important.
La fibre optique utilisée pour la communication proposée par le Dr Kao Kung, prix Nobel de physique, répond aux besoins de la technologie de communication laser pour les guides d'ondes. Il a proposé que la perte par diffusion Rayleigh de la fibre optique en verre puisse être très faible (moins de 20 dB/km) et que la perte de puissance dans la fibre optique provient principalement de l'absorption de la lumière par les impuretés des matériaux en verre, la purification du matériau est donc la clé. à réduire la perte de fibre optique Clé, et a également souligné que la transmission monomode est importante pour maintenir de bonnes performances de communication.
En 1970, Corning Glass Company a développé une fibre optique multimode à base de quartz avec une perte d'environ 20 dB/km selon la suggestion de purification du Dr Kao, faisant de la fibre optique une réalité pour les supports de transmission de communication. Après une recherche et un développement continus, la perte de fibres optiques à base de quartz s'est rapprochée de la limite théorique. Jusqu'à présent, les conditions de communication par fibre optique sont pleinement satisfaites.
Les premiers systèmes de communication par fibre optique ont tous adopté la méthode de réception de détection directe. Il s'agit d'une méthode de communication par fibre optique relativement simple. PD est un détecteur à loi carrée et seule l'intensité du signal optique peut être détectée. Cette méthode de réception et de détection directe s'est poursuivie depuis la première génération de technologie de communication par fibre optique dans les années 1970 jusqu'au début des années 1990.
Pour augmenter l'utilisation du spectre dans la bande passante, nous devons commencer par deux aspects : l'un consiste à utiliser la technologie pour nous rapprocher de la limite de Shannon, mais l'augmentation de l'efficacité du spectre a accru les exigences en matière de rapport télécommunication/bruit, réduisant ainsi le distance de transmission ; l'autre est d'utiliser pleinement la phase, la capacité de transport d'informations de l'état de polarisation est utilisée pour la transmission, qui est le système de communication optique cohérent de deuxième génération.
Le système de communication optique cohérent de deuxième génération utilise un mélangeur optique pour la détection intradyne et adopte une réception en diversité de polarisation, c'est-à-dire qu'à l'extrémité de réception, la lumière du signal et la lumière de l'oscillateur local sont décomposées en deux faisceaux de lumière dont les états de polarisation sont orthogonaux. les uns aux autres. De cette manière, une réception insensible à la polarisation peut être obtenue. De plus, il convient de souligner qu'à l'heure actuelle, le suivi de fréquence, la récupération de phase porteuse, l'égalisation, la synchronisation, le suivi de polarisation et le démultiplexage à l'extrémité de réception peuvent tous être complétés par la technologie de traitement du signal numérique (DSP), ce qui simplifie grandement le matériel. Conception du récepteur et capacité améliorée de récupération du signal.
Quelques défis et considérations liés au développement de la technologie de communication par fibre optique
Grâce à l'application de diverses technologies, les cercles universitaires et l'industrie ont fondamentalement atteint la limite de l'efficacité spectrale du système de communication par fibre optique. Pour continuer à augmenter la capacité de transmission, cela ne peut être réalisé qu'en augmentant la bande passante du système B (augmentation linéaire de la capacité) ou en augmentant le rapport signal/bruit. La discussion spécifique est la suivante.
1. Solution pour augmenter la puissance d’émission
Étant donné que l'effet non linéaire provoqué par une transmission à haute puissance peut être réduit en augmentant correctement la surface effective de la section transversale de la fibre, une solution pour augmenter la puissance consiste à utiliser une fibre multimode au lieu d'une fibre monomode pour la transmission. De plus, la solution actuelle la plus courante aux effets non linéaires consiste à utiliser l’algorithme de rétropropagation numérique (DBP), mais l’amélioration des performances de l’algorithme entraînera une augmentation de la complexité des calculs. Récemment, la recherche sur la technologie d'apprentissage automatique dans le domaine de la compensation non linéaire a montré de bonnes perspectives d'application, ce qui réduit considérablement la complexité de l'algorithme, de sorte que la conception du système DBP puisse être assistée par l'apprentissage automatique à l'avenir.
2. Augmentez la bande passante de l'amplificateur optique
L'augmentation de la bande passante peut dépasser la limitation de la gamme de fréquences de l'EDFA. En plus de la bande C et de la bande L, la bande S peut également être incluse dans la gamme d'applications, et l'amplificateur SOA ou Raman peut être utilisé pour l'amplification. Cependant, la fibre optique existante présente une perte importante dans les bandes de fréquences autres que la bande S, et il est nécessaire de concevoir un nouveau type de fibre optique pour réduire la perte de transmission. Mais pour le reste des bandes, la technologie d’amplification optique disponible dans le commerce constitue également un défi.
3. Recherche sur la fibre optique à faible perte de transmission
La recherche sur les fibres à faible perte de transmission constitue l’un des enjeux les plus critiques dans ce domaine. La fibre à noyau creux (HCF) a la possibilité de réduire la perte de transmission, ce qui réduira le délai de transmission par fibre et peut éliminer dans une large mesure le problème non linéaire de la fibre.
4. Recherche sur les technologies liées au multiplexage spatial
La technologie de multiplexage spatial est une solution efficace pour augmenter la capacité d’une seule fibre. Plus précisément, la fibre optique multicœur est utilisée pour la transmission et la capacité d'une fibre unique est doublée. La question centrale à cet égard est de savoir s’il existe un amplificateur optique plus efficace. , sinon cela ne peut être équivalent qu'à plusieurs fibres optiques monocœur ; en utilisant la technologie de multiplexage par répartition en mode comprenant le mode de polarisation linéaire, le faisceau OAM basé sur la singularité de phase et le faisceau vectoriel cylindrique basé sur la singularité de polarisation, une telle technologie peut être. Le multiplexage de faisceau offre un nouveau degré de liberté et améliore la capacité des systèmes de communication optique. Il offre de larges perspectives d'application dans la technologie de communication par fibre optique, mais la recherche sur les amplificateurs optiques associés constitue également un défi. En outre, la manière d'équilibrer la complexité du système causée par le retard de groupe en mode différentiel et la technologie d'égalisation numérique à entrées multiples et sorties multiples mérite également l'attention.
Perspectives de développement de la technologie de communication par fibre optique
La technologie de communication par fibre optique s'est développée depuis la transmission initiale à faible vitesse jusqu'à la transmission actuelle à grande vitesse, et est devenue l'une des technologies de base soutenant la société de l'information et a formé une vaste discipline et un vaste domaine social. À l'avenir, à mesure que la demande de transmission d'informations de la société continue d'augmenter, les systèmes de communication par fibre optique et les technologies de réseau évolueront vers une capacité, une intelligence et une intégration ultra-larges. Tout en améliorant les performances de transmission, ils continueront à réduire les coûts, à assurer les moyens de subsistance de la population et à aider le pays à développer des informations. la société joue un rôle important. CeiTa a coopéré avec un certain nombre d'organisations chargées des catastrophes naturelles, qui peuvent prédire les alertes de sécurité régionales telles que les tremblements de terre, les inondations et les tsunamis. Il suffit de le connecter à l'ONU du CeiTa. Lorsqu'une catastrophe naturelle survient, la station sismique émet une alerte précoce. Le terminal sous les alertes ONU sera synchronisé.
(1) Réseau optique intelligent
Par rapport au système de communication sans fil, le système de communication optique et le réseau du réseau optique intelligent en sont encore au stade initial en termes de configuration du réseau, de maintenance du réseau et de diagnostic des pannes, et le degré d'intelligence est insuffisant. En raison de l’énorme capacité d’une seule fibre, toute défaillance d’une fibre aura un impact considérable sur l’économie et la société. La surveillance des paramètres du réseau est donc très importante pour le développement des futurs réseaux intelligents. Les domaines de recherche auxquels il faudra prêter attention dans cet aspect à l'avenir comprennent : un système de surveillance des paramètres du système basé sur une technologie cohérente simplifiée et un apprentissage automatique, une technologie de surveillance des quantités physiques basée sur une analyse cohérente du signal et une réflexion optique dans le domaine temporel sensible à la phase.
(2) Technologie et système intégrés
L’objectif principal de l’intégration des appareils est de réduire les coûts. Dans la technologie de communication par fibre optique, la transmission de signaux à haute vitesse sur courte distance peut être réalisée grâce à une régénération continue du signal. Cependant, en raison des problèmes de récupération de phase et d’état de polarisation, l’intégration de systèmes cohérents reste encore relativement difficile. De plus, si un système optique-électrique-optique intégré à grande échelle peut être réalisé, la capacité du système sera également considérablement améliorée. Cependant, en raison de facteurs tels qu'une faible efficacité technique, une grande complexité et des difficultés d'intégration, il est impossible de promouvoir largement des signaux tout optiques tels que le tout optique 2R (réamplification, remodelage), 3R (réamplification , resynchronisation et remodelage) dans le domaine des communications optiques. technologie de traitement. Par conséquent, en termes de technologie et de systèmes d'intégration, les orientations futures de la recherche sont les suivantes : bien que la recherche existante sur les systèmes de multiplexage spatial soit relativement riche, les composants clés des systèmes de multiplexage spatial n'ont pas encore réalisé de percées technologiques dans le monde universitaire et industriel, et un renforcement supplémentaire est nécessaire. Recherche, comme les lasers et modulateurs intégrés, les récepteurs intégrés bidimensionnels, les amplificateurs optiques intégrés à haute efficacité énergétique, etc. ; de nouveaux types de fibres optiques peuvent augmenter considérablement la bande passante du système, mais des recherches supplémentaires sont encore nécessaires pour garantir que leurs performances globales et leurs processus de fabrication peuvent atteindre le niveau de fibre optique unique existant ; étudier divers dispositifs pouvant être utilisés avec la nouvelle fibre dans la liaison de communication.
(3) Appareils de communication optiques
Dans le domaine des dispositifs de communication optique, la recherche et le développement de dispositifs photoniques au silicium ont obtenu de premiers résultats. Cependant, à l'heure actuelle, la recherche nationale dans ce domaine repose principalement sur les dispositifs passifs, et la recherche sur les dispositifs actifs est relativement faible. En termes de dispositifs de communication optique, les futures orientations de recherche comprennent : la recherche sur l'intégration de dispositifs actifs et de dispositifs optiques au silicium ; recherche sur la technologie d'intégration de dispositifs optiques sans silicium, telle que la recherche sur la technologie d'intégration de matériaux et substrats III-V ; poursuite du développement de la recherche et du développement de nouveaux appareils. Suivi, tel qu'un guide d'onde optique au niobate de lithium intégré avec les avantages d'une vitesse élevée et d'une faible consommation d'énergie.
Heure de publication : 03 août 2023
