5 Minuten
Naujas pluošto dizainas, nukreipiantis šviesą per orą
Tyrėjai sukūrė naują optinio pluošto klasę, kuri tradicinį kietą silicio dioksido šerdį pakeičia tuščia oro šerdimi, apsupta tiksliai sukonstruotos stiklo mikrostruktūros. Ši tuščiavidurė mikrostruktūrinė šviesolaidė veda šviesą su ženkliai mažesniu slopinimu ir platesniu perdavimo lango diapazonu nei įprasti kieti stiklai, potencialiai leidžiant optiniams signalams nukeliauti didesnį atstumą prieš reikalingą stiprinimą ir padidinant ilgųjų nuotolių nuorodų naudotiną duomenų talpą.
Mokslinis pagrindas ir reikšmė telekomunikacijoms
Įprasti vienamoduliniai optiniai pluoštai, naudojami telekomunikacijose, turi kietą silicio stiklo šerdį. Per dešimtmečius atlikti medžiagų ir dizaino patobulinimai gerokai optimizavo šiuos pluoštus, tačiau pačio stiklo absorbcija ir sklaida vis tiek sukelia signalo nuostolius. Praktiniuose tinkluose šie nuostoliai reiškia, kad optiniai stiprintuvai turi būti montuojami kas keliasdešimt kilometrų — daugeliui standartinių pluoštų maždaug kas 20 km gali pranykti pusė įvestos šviesos galios — tai didina išlaidas, energijos sąnaudas ir sudėtingumą žemės, jūrų ir tarpžemyninių linijų atvejais.
Tuščiavidurės šviesolaidės sumažina šviesos sąveiką su kietu stiklu, koncentruodamos didžiąją dalį vedamo modo į mažo nuostolio orą. Kadangi oras telekomunikacijų bangų ilgiuose turi gerokai mažesnę absorbciją ir sklaidą nei stiklas, tuščiavidurės konstrukcijos gali žymiai sumažinti slopinimą per platesnį spektro diapazoną. Platesnis mažo nuostolio perdavimo langas taip pat leidžia vienu metu naudoti daugiau bangų ilgių kanalų, padidinant bendrą duomenų pralaidumą per bangų ilgio dalijimąsi (WDM).
Eksperimento detalės ir pagrindiniai matavimai
Francesco Poletti vadovaujama Southampton universiteto komanda pagamino mikrostruktūrinį bangolaidį, kuriame yra tuščias centrinis kanalas, apsuptas plonų silicio žiedų raštu. Kontroliuojamuose laboratorijos bandymuose pluoštas pasiekė optinį slopinimą vos 0,091 dB/km įprastame telekomunikacijų bangos ilgyje — toks nuostolių rodiklis reiškia, kad signalai gali nukeliauti maždaug 50% toliau tarp stiprinimo stočių, palyginti su daugeliu tradicinių kietos šerdies pluoštų.
Be žemo slopinimo, naujas pluoštas demonstruoja daug platesnį perdavimo langą (diapazoną bangos ilgių su mažu nuostoliu ir iškraipymu), leidžiantį platesnį plačiajuostį veikimą ir galimai palaikantį didesnį agreguotą duomenų srautą. Autoriai taip pat pažymi, kad oro šerdies skersmens didinimas galėtų dar labiau sumažinti nuostolius, nors toks sprendimas reikalauja papildomų inžinerinių sprendimų siekiant išlaikyti modinį stabilumą ir gaminamumą.
Dizaino kompromisai ir gamyba
Tuščiavidurės mikrostruktūrinės šviesolaidės reikalauja didelio geometrinio tikslumo ir vidaus dujų kontrolės: likę absorbuojantys molekulės tuščioje šerdyje gali padidinti nuostolius, o gamybos tolerancijos veikia modo sulaikymą ir juostos pločio parametrus. Masto didinimas nuo laboratorinio koncepcijos iki kilometrinės ritės reikalauja patobulintų tempimo procesų, kokybės kontrolės ir dujų valdymo sprendimų.
Poveikis tinklams, duomenų centrams ir jūros kabeliams
Jeigu šios technologijos bus pramoniniu mastu pritaikytos, tuščiavidurės šviesolaidės galėtų sumažinti optinių stiprintuvų skaičių ilguose maršrutuose, taip mažinant energijos suvartojimą ir eksploatacijos sąnaudas. Išplėstas perdavimo langas ypač naudingas naujos kartos tankiems WDM sistemoms, suteikiant operatoriams didesnį spektro efektyvumą ir rezervą būsimiems eismo augimo poreikiams, kuriuos skatina debesų paslaugos, 5G/6G atgalinis tinklas ir aukštos raiškos turinio perdavimas.
Šie pluoštai taip pat aktualūs tikslios sinchronizacijos ir kvantinės komunikacijos sistemoms, kur mažesnis vėlavimas ir sumažintas fazinis triukšmas dėl mažesnės sąveikos su stiklu gali pagerinti nuorodų tikslumą.
Ekspertų įžvalga
Dr. Mira Alvarez, optinių sistemų inžinierė (fiktyvus asmuo), komentavo: "Tuščiavidurės sprendimai yra vienas perspektyviausių kelių įveikti esamus slopinimo ir pralaidumo ribojimus. Southampton komandos rezultatas žemiau 0,1 dB/km yra skatinantis — tačiau tikras iššūkis bus patikima, didelio kiekio gamyba ir lauko bandymai esant įvairioms aplinkos sąlygoms. Jeigu šie barjerai bus įveikti, telekomunikacijų operatoriai galėtų perprojektuoti ilgųjų nuotolių magistrales su mažiau stiprintuvų ir ženkliai mažesnėmis energijos sąnaudomis."
Ateities perspektyvos ir tolesni žingsniai
Autoriai siūlo, kad geresnė geometrinė nuoseklumas, didesni gamybos kiekiai ir absorbuojančių dujų pašalinimas šerdyje dar labiau sumažins slopinimą ir pagerins išeigą. Tolimesni darbai greičiausiai bus skirti pluoštų tempimo masto didinimui iki pramoninių ilgumų, sujungimų suderinamumo su esama pluošto infrastruktūra demonstravimui ir lauko bandymams žemėje bei po vandeniu. Tyrimas publikuojamas Nature Photonics ir nubrėžia kelią link tuščiavidurių mikrostruktūrinių pluoštų integracijos į komercinius optinius tinklus.
Išvados
Tuščiavidurės mikrostruktūrinės optinės šviesolaidės siūlo patrauklų žemesnio nuostolio ir platesnio pralaidumo derinį, galintį ženkliai pagerinti ilgųjų nuotolių telekomunikacijas. Nukreipdamos didžiąją dalį šviesos per orą, o ne per stiklą, šios šviesolaidės gali pratęsti stiprintuvų tarpą, padidinti spektro talpą ir sumažinti energijos suvartojimą svarbiose magistralinėse ir po vandeniu einančiose jungtyse. Nors išlieka gamybos ir integracijos iššūkiai, technologija reprezentuoja perspektyvų kryptį kitai pasaulinės optinės komunikacijos kartai.
Quelle: sci
Kommentare