Tehnologija optičkih predajnika prelijeva se iz tradicionalnih komunikacijskih polja. U domenu vještačke inteligencije,-optičke interkonekcije velike brzine su ključne za probijanje uskih grla u računarstvu; u komunikaciji sa vidljivom svjetlošću (VLC), može obezbijediti nove spektralne resurse za 6G. Kroz integraciju sa tehnologijama kao što je mikrotalasna fotonika, takođe se može primeniti na šira područja uključujući senzore, slike i odbranu.
01 Tehnološka evolucija
Theoptički predajnik, osnovna komponenta optičkih komunikacionih sistema, prolazi kroz transformaciju iz jednog-funkcionalnog modula u inteligentan, visoko{1}}sistem. Rani optički predajnici su prvenstveno obavljali osnovnu elektro-optičku konverziju, ali su sada postali ključni element koji određuje performanse čitavih komunikacionih mreža.
Prema najnovijem istraživanju Fraunhofer instituta, tradicionalni optički sistemi više ne mogu zadovoljiti zahtjeve budućih primjena. Ovo je primoralo istraživače da razviju naprednije tehnologije optičkih predajnika, kao što je korištenje preklopnika{1}}selektivnih talasnih dužina i multipleksiranja prostorne podjele radi povećanja kapaciteta i fleksibilnosti mreže.
Ključni pravac u tehnološkoj evoluciji je poboljšanje spektralne efikasnosti. Istraživači su razvili nove vrste rešetki za povećanje spektralne rezolucije sa tradicionalnih 100 GHz na 25 GHz. Ovo čini opsege frekvencija za prenos podataka užim, a pakete podataka manjim, čime se omogućava da se više paketa podataka istovremeno prenosi unutar istog optičkog vlakna.
02 Prednosti performansi
Razlog zašto su optički predajnici postali jezgro modernih komunikacijskih mreža leži u njihovim višestrukim prednostima performansi. Mogućnost brzog{1}}prenosa je jedna od njihovih najistaknutijih karakteristika, podržavajući brzine prijenosa podataka od Gbps pa čak i više.
Ova karakteristika ih čini široko primjenjivim u scenarijima koji zahtijevaju masovni prijenos podataka, kao što su međupovezivanje centara podataka i širokopojasni pristup. Nasuprot tome, tradicionalni bakarni kablovi su značajno ograničeni iu brzini prenosa i udaljenosti pod uporedivim uslovima.
Predajnici sa optičkim vlaknima koriste optičke signale za prijenos podataka, što rezultira manjim gubicima i slabljenjem prijenosa u usporedbi s tradicionalnim bakrenim kablovima. To znači da signali mogu održavati visok kvalitet i stabilnost na velikim udaljenostima, smanjujući utjecaj slabljenja signala na kvalitet komunikacije.
Ovo svojstvo je posebno važno za scenarije koji zahtijevaju-pokrivenost na velikim udaljenostima, kao što su gradske mreže (MAN) i mreže šireg područja (WAN).Predajnici sa optičkim vlaknimamože postići prijenos podataka na desetine ili čak stotine kilometara.
Predajnici sa optičkim vlaknima su manje podložni vanjskim elektromagnetnim smetnjama tokom prijenosa. U poređenju sa kablovskim prenosom, oni mogu bolje da održavaju integritet i stabilnost signala, manje su podložni faktorima okoline i obezbeđuju siguran i pouzdan prenos podataka.
03 Scenariji aplikacija
Scenariji primjene optičkih odašiljača proširili su se s tradicionalnih telekomunikacija na više industrija u nastajanju. Njihove performanse određuju njihovu pogodnost za različite scenarije.
Sljedeća tabela uspoređuje zahtjeve performansi za optičke predajnike u različitim scenarijima primjene:
| Scenario aplikacije | Glavni zahtjevi za performanse | Tipična udaljenost prijenosa | Tehničke karakteristike |
|---|---|---|---|
| Data Center Interconnect | Velika brzina, mala latencija | Srednja{0}}Kratka udaljenost | Visoka-primjena, mala potrošnja energije |
| MAN/WAN | Velike udaljenosti, visoka stabilnost | Desetine do stotine kilometara | Jaka zaštita od smetnji, mali gubitak |
| Mreže budućnosti (6G/Quantum Comm.) | Ultra-visok kapacitet, fleksibilnost | Kombinirana duga/kratka udaljenost | Multipleksne tehnologije, skalabilnost |
| CATV mreže | Visok kvalitet signala, široka pokrivenost | Long Distance | Velika izlazna snaga, kontrola izobličenja |
| Surveillance Systems | Stabilan i pouzdan, visoka prilagodljivost | Srednja{0}}Kratka udaljenost | Snažna prilagodljivost okolišu, laka implementacija |
U području međusobnog povezivanja podatkovnih centara, male veličine i lagane prirodepredajnici sa optičkim vlaknimaomogućavaju fleksibilan raspored i instalaciju u okruženjima{0}}ograničenim prostorom. Korištenje optičkih modula i patch kablova omogućava-kabliranje visoke gustine i postavljanje portova, zadovoljavajući zahtjeve velikih-centra podataka za gustinu interfejsa i kompaktnost opreme.
S razvojem novih tehnologija kao što su autonomna vozila, 6G mobilna komunikacija i kvantna komunikacija, potražnja za optičkim mrežama kontinuirano raste. Ove aplikacije zahtijevaju veće brzine prijenosa podataka i manje kašnjenje, što tradicionalni optički predajnici više ne mogu u potpunosti zadovoljiti.
Projekat WESORAM koji je razvio njemački Fraunhofer institut uspješno je pokazao sposobnost proizvoljnog usmjeravanja signala sa 8 ulaznih kanala na 16 izlaznih kanala. Ova mogućnost "cross-povezivanja" povećava kapacitet mreže i pruža veću fleksibilnost za prijenos i usmjeravanje tokova podataka.
Posebno dizajnirani optički predajnici također igraju vitalnu ulogu u mrežama kablovske televizije (CATV). Na primjer, EMCORE-ov I-Type Medallion 6000 serija 1550 nm eksterno modulirani predajnici su optimizirani za međunarodne CATV sisteme, podržavajući fiber linkove do 150 kilometara.
04 Napredak industrije
Tehnologija optičkih predajnika prolazi kroz brzi razvoj, uz brojni inovativni istraživački projekti koji pokreću napredak u ovoj oblasti. Naučnici su postigli veliki napredak u brzini komunikacije putem optičkih vlakana, ostvarivši brzinu prijenosa od 1,84 Pbit/s preko približno 8-kilometarskih vlakana.
Ova brzina je ekvivalentna prijenosu podataka sa oko 236 tvrdih diskova od jednog-terabajta (1TB) u sekundi, što je otprilike duplo od trenutnog ukupnog globalnog internet saobraćaja. Još važnije, istraživački tim je po prvi put postigao brzinu veću od 1 Pbit/s koristeći samo "jedan laser + jedan optički čip".
Tehnologija optičkog frekventnog češlja bila je ključna za ovaj proboj. Ova tehnologija pretvara svjetlost iz infracrvenog lasera u dugin spektar sastavljen od mnogih boja, gdje su frekvencijske i frekvencijske razlike između svakog monokromatskog svjetla fiksirane, što ga čini pogodnim za multipleksiranje s podjelom valnih dužina.
Sva generirana svjetlost je koherentna, omogućavajući zajedničku digitalnu obradu signala između različitih kanala, što na kraju značajno ubrzava brzine prijenosa podataka.
Značajan napredak je također napravljen u tehnologiji vlakana sa više-jezgara. Istraživački tim iz američkog Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (NIST) je po prvi put pokazao da se ultra-stabilni optički signali atomskog sata mogu prenositi kompatibilno uz telekom podatke u više-jezgrenom vlaknu raspoređenom na desetine kilometara.
To znači da bi novonastajuće optičke mreže-kapaciteta mogle ne samo prenositi ogromne količine podataka već i potencijalno sinhronizirati atomske satove širom svijeta sa velikom preciznošću.
05 Izazovi i budućnost
Uprkos značajnom napretku, tehnologija predajnika sa optičkim vlaknima i dalje se suočava sa nekoliko izazova. Troškovi su jedan od njih, posebno u sistemima multipleksiranja po talasnim dužinama (WDM), gde su cene optičkih i optoelektronskih komponenti visoke, delom zbog potrebe za preciznim podešavanjem talasne dužine.
Fizička svojstva dielektrika koji se koriste u ovim komponentama zavise od -temperature. Ova temperaturna osjetljivost može uzrokovati pomake u valnim dužinama filtera.
Projekt OPTIMUX, koji je pokrenuo Institut Fraunhofer HHI, posvećen je razvoju inovativnih i efikasnih rješenja za multipleksiranje za cijeli prijenosni put. Projekat se fokusira na optimalne strategije multipleksiranja za prijenos podataka optičkim vlaknima koristeći prostorno multipleksiranje, s ciljem postizanja brzine simbola do 300 GBd.
Sa brzim razvojem digitalizacije i porastom aplikacija{0} vođenih podacima, postojeća mrežna infrastruktura se približava svojim granicama. Dok je multipleksiranje s podjelom talasnih dužina uobičajena metoda, prostorno multipleksiranje nudi novi put za optimizaciju mreže. Korištenjem višestrukih vlakana i načina prijenosa, kapacitet se može značajno povećati.
