ProHoster > Blog > Administrim > 44.2 Tb/s pĂ«rmes fibrĂ«s optike — si funksionon kjo?

44.2 Tb/s pĂ«rmes fibrĂ«s optike — si funksionon kjo?

44.2 Tb/s pĂ«rmes fibrĂ«s optike — si funksionon kjo?MĂ« 22 maj 2020 nĂ« Nature Communications u publikua njĂ« artikull nga shkencĂ«tarĂ« tĂ« institucioneve kĂ«rkimore dhe shkencore tĂ« AustralisĂ«, KinĂ«s dhe KanadasĂ«, me titull "Transmetimi ultra i dendur i tĂ« dhĂ«nave optike mbi fibra standarde me njĂ« burim çipi tĂ« vetĂ«m".

Sigurisht, njĂ« titull i tillĂ« nuk ishte i pĂ«rshtatshĂ«m pĂ«r audiencĂ«n e gjerĂ«, prandaj nĂ« lajme tĂ« gjitha shkruan pĂ«r 44.2 Tb/s — rezultatin qĂ« arritĂ«n (disa nuk e lexuan deri nĂ« fund dhe nĂ« tituj dolĂ«n Tb/s, por vlera e saktĂ« Ă«shtĂ« terabita/s). Le tĂ« shohim sĂ« bashku se si arritĂ«n kĂ«tĂ« dhe pĂ«r çfarĂ« shkruan me tĂ« vĂ«rtetĂ« autorĂ«t.

Le të fillojmë!


PĂ«rmbajtja

01. Thënie të rëndësishme
02. Eksperimenti
03. Rezultatet
04. Krahasimi me rezultate të tjera
05. Lidhje të dobishme
06. Epilogu

Do të përpiqem të shpjegoj piketat kyçe të studiuesve, përfshirë terminologjinë, pajisjet dhe kështu me radhë. Për më tepër, në fund të publikimit tim do të ketë një listë lidhjesh, duke kaluar nga të cilat mund të lexoni më shumë.

Nuk duhet ta besoni 100% shpjegimin tim. Si të gjithë, përveç gazetarëve, unë mund të gaboj. Lexoni literaturën shkencore reale (Kapitulli 05).

01. Thënie të rëndësishme

Thënie origjinale të publikimit [l-1] (qasje e lirë):

Micro-combs – kombet optike tĂ« frekuencave tĂ« gjeneruara nga rezonatorĂ« mikrokavitete tĂ« integruar – ofrojnĂ« potencialin e plotĂ« tĂ« homologĂ«ve tĂ« tyre nĂ« masĂ«, por nĂ« njĂ« gjurmĂ« tĂ« integruar. Ato kanĂ« mundĂ«suar pĂ«rparime nĂ« shumĂ« fusha, duke pĂ«rfshirĂ« spektroskopinĂ«, fotonikĂ«n mikrovalĂ«, sintezĂ«n e frekuencĂ«s, matjen optike, burimet kuantike, metrologjinĂ« dhe transmetimin e tĂ« dhĂ«nave me kapacitet ultratĂ« lartĂ«. KĂ«tu, duke pĂ«rdorur njĂ« klasĂ« tĂ« fuqishme micro-comb tĂ« quajtur kristale soliton, arrijmĂ« transmetim ultra tĂ« lartĂ« tĂ« tĂ« dhĂ«nave mbi 75 km fiber optike standarde duke pĂ«rdorur njĂ« burim çipi tĂ« integruar. Demonstruam njĂ« normĂ« linje prej 44.2 Terabits s−1 duke pĂ«rdorur bandĂ«n C tĂ« telekomunikacionit nĂ« 1550 nm me njĂ« efikasitet spektral prej 10.4 bits s−1 Hz−1. Kristalet soliton shfaqin gjenerim dhe funksionim tĂ« qĂ«ndrueshĂ«m dhe tĂ« fortĂ«, si dhe njĂ« efikasitet tĂ« lartĂ« intrisik qĂ«, sĂ« bashku me njĂ« hapje jashtĂ«zakonisht tĂ« ulĂ«t tĂ« micro-comb soliton prej 48.9 GHz, mundĂ«son pĂ«rdorimin e njĂ« formati tĂ« modifikimit tĂ« tĂ« dhĂ«nave koherente shumĂ« tĂ« lartĂ« (64 QAM — moduluar nĂ« amplitudĂ« katĂ«rkĂ«ndore). Ky punim demonstruan aftĂ«sinĂ« e micro-comb optike pĂ«r tĂ« performuar nĂ« rrjetet kĂ«rkuese dhe praktike tĂ« komunikimeve optike.

Duke përdorur një burim optik të integruar, arritëm të transmetojmë informacion mbi fibër optike standarde në një distancë më shumë se 75 km. Në të njëjtën kohë, arritëm "shpejtësinë" prej 44.2 terabita/s (Tb/s) për bandën C (1 550 nm) me një efikasitet spektral prej 10.4 (b/s)/Hz. Distanca midis solitonëve të afërt arriti të ishte 48.9 GHz.

Verifikimi në 75 km u krye me fibra optike në laborator. Për më tepër, u kryen prova të ngjashme "në terren" mbi një linjë optike reale (76.6 km) në Melburn, Australi.

ÇfarĂ« duhet tĂ« dini:

Mikro-grebën (micro-comb)
NĂ« terma tĂ« thjeshtĂ« — njĂ« burim optik (lexo "lazer") nĂ« tĂ« cilin spektri pĂ«rbĂ«het nga njĂ« seri linjash diskrete, tĂ« cilat janĂ« nĂ« distanca tĂ« barabarta nga njĂ«ra-tjetra (prandaj quhet grebĂ«n). Gjithashtu, thuhet edhe pĂ«r impulsin e kĂ«tij burimi. NĂ«se jeni tĂ« interesuar, mund tĂ« lexoni njĂ« pĂ«rmbledhje [l-2], e cila trajton arritjet kryesore nĂ« kĂ«tĂ« fushĂ« (faqja 81, po, arritjet kryesore, akses tĂ« lirĂ«). Mund tĂ« lexoni shkurtimisht nĂ« Wikipedia [n-1].

Solitoni optik
Ky është një impuls optik i vetëm, i cili mund të përhapet në një ambient nonlinear në distanca të mëdha pa ndryshuar formën e tij. Informa të përgjithshme mund të gjenden në artikullin në Wikipedia [n-2].

Kristali soliton (soliton crystal)
Ky është një ansambël i rregullt në kohë i solitoneve, të cilat "vendosen" periodikisht për shkak të modulimit të fushës që i gjeneron. Ai është një kristal vetëm në kohë.

Modulimi i amplitudës në katror (QAM)
Me anĂ« tĂ« ndryshimit tĂ« fazĂ«s dhe amplitudĂ«s sĂ« sinjalit, mund tĂ« rritet numri i informacionit tĂ« transmetuar. Faza zhvendoset 44.2 Tb/s pĂ«rmes fibrĂ«s optike — si funksionon kjo? — njĂ« katror i vogĂ«l, prandaj quhet "katror". Numri 64 pĂ«rfaqĂ«son numrin e kombinimeve tĂ« ndryshme nĂ« kĂ«tĂ« modulim. Pak mĂ« shumĂ« mund tĂ« lexoni nĂ« Wikipedia [n-3].

Mund të themi se për tani kjo është e mjaftueshme, ndërsa terminologjinë tjetër ose gjërat që nuk janë të qarta do të shpjegoj gjatë rrugës.

02. Eksperimenti


44.2 Tb/s pĂ«rmes fibrĂ«s optike — si funksionon kjo?

Fig. 1. Koncepsi i eksperimentit të transmetimit të të dhënave përmes kristaleve soliton [l-1].

a. Ilustrimi i gjendjes së "kristalit soliton", që përdoret në eksperiment.
b. Fotografia e çipit tĂ« pĂ«rdorur (5 x 9 mm, vetĂ«m rreth 44.2 Tb/s pĂ«rmes fibrĂ«s optike — si funksionon kjo? sipĂ«rfaqes sĂ« zĂ«nĂ« nga pajisja dhe valvodet) + monedha 2 AUD (20.5 mm) pĂ«r shkak tĂ« shkallĂ«s. Shtesa tregon rezonatorin nĂ« formĂ« rrethi. Distorsioni e dukshme nĂ« imazh Ă«shtĂ« e lidhur me ngjitĂ«sin qĂ« mbĂ«shtet fibra optike.
c. Diagrami i eksperimentit. Një lazer që shkakton rrezatimin e vazhdueshëm (CW [n-4]) (1.8 W pas amplifikatorit) nxit rezonatorin në formë rrethi (48.9 GHz FSR [n-5]), duke gjeneruar mikro-grebën gjatë interaksionit me kristalin soliton. Grebën rregullohet (kuptohet rregullimi i amplitudës në frekuenca të ndryshme) dhe demultiplexohet [n-6], e cila lejon modulimin e tij. Më pas sinjali sërish ngushtohet, transferohet përmes fibra optike duke përdorur forcuest EDFA (shih më poshtë) dhe çdo kanal përsëri dekodifikohet (kjo është antonimi i ngushtimit të sinjalit).

NĂ« Fig. 1 abbreviaturat:

  • ECL — lazeri i lidhur nĂ« skaj — Ă«shtĂ« njĂ« lazer i lidhur me fibra optike;
  • WSS — ndĂ«rruesi i zgjedhjes sĂ« valĂ«s — pajisje qĂ« lejon ndĂ«rrim selektiv tĂ« gjatĂ« tĂ« valĂ«s [n-7];
  • Rx — marrĂ«si;
  • EDFA — Forcuesi i Fibres sĂ« DytĂ« tĂ« Lidhur me Erbium — forcues fibĂ«r optike i dopingut me jone tĂ« erbiumit [n-8].

Në emetimin e lazerit (1550 nm, vazhdues), mikro-rezonatori gjeneron një kristal solitoni me gjerësi spektrale më shumë se 80 nm (me periudhë rreth 0.4 nm). Mikro-grebendi gjenerohet kur lazari automatikisht përshtatet në vlerën e kërkuar.


44.2 Tb/s pĂ«rmes fibrĂ«s optike — si funksionon kjo?

Fig. 2. Gjenerimi i kristalit solitoni. Për gjenerimin, lazari përshtatet ngadalë nga krahu i gjatë të valëve në rezonanën e përcaktuar [l-1].

a. Grebendi kryesor. Gjenerohet kur emetimi i lazerit është në rezonancë me rrethin.
b. Spektri i kristalit solitoni që u përdor në eksperiment. Ky spekter i "prerë" i mikro-grebendit korrespondon me një defekt temporal të vetme të kryer në rreth (nënkupton një vakancë në vend të njërit nga linjat e grebendit). Në një frekuencë të përcaktuar, gjenerohet një kristal solitoni me karakteristika spektrale rreth linjave të grebendit kryesor. Në këtë mënyrë u arritën linjat në të gjithë bandën C të transmetimit optik të të dhënave.
c. Dallimi në intensitetin e linjave të grebendit për 10 parametra të ndryshëm gjenerimi (simbolet e çdo lloji në Fig. përfaqësojnë një nga 10 rastet). Duke qenë se intensiteti qëndron brenda ± 0.9 dB nga spektri fillestar, mund të besohet se gjenerimi i kërkuar i kristalit solitoni është i besueshëm.

Kristalet solitoni u gjeneruan për 10 gjatësi vale të ndryshme nga 1550.300 deri në 1550.527 nm dhe është treguar se rezultati i kërkuar arrihet për të gjitha 10 variacionet.

Nga gjithë mikro-grebendi u zgjodhën 80 linja brenda bandës C (dritarja spektrale e gjerë 32 nm nga 1536 deri në 1567 nm, 3.95 THz). Këto grupe u spektralisht rreshtuan dhe më pas u dyfishuan në 160 (çka është ekuivalente me grebendin 24.5 GHz). Dyfishimi është e nevojshme për optimizimin e efikasitetit spektral (informa spektrale të dobishme).

Një bande prove (6 kanale) iu shtua sinjalit të hetuar. I gjithë grumbulli u modulua në formatin 64 QAM, Duke dhënë një shpejtësi simbolike [n-9] në 23 gigabod [n-10], që lejon të përdoret 94% e spektrit të disponueshëm.

Në total u kryen 2 eksperimente për transmetimin e informacionit në 75 km. Në të dy rastet u përdor fibra optike njëmodale [n-11].

  1. Eksperiment në laborator.
  2. Testime në terren duke përdorur një rrjet municipal, i cili lidh kampusin e Melburnit të Universitetit Mbretëror të Teknologjisë të Melburnit me kampusin e Universitetit Monash në Clayton.


44.2 Tb/s pĂ«rmes fibrĂ«s optike — si funksionon kjo?

Fig. 3. Spektrat multikanal dhe sinjalet e kristalit solitones [l-1].

a. Spektri i grumbullit të frekuencës pas rregullimit, i matur me një saktësi prej 12.5 GHz, për të treguar linjat e veçanta.
b. Rezultatet laboratorike për 75 km fibra optike. Saktësia 50 GHz. Insertion ilustron kanalin provues (saktësia 150 MHz), duke treguar sub-baret e çarta dhe të papërçarta të pranishme për secilën linjë (rezultati i dyfishimit, që u përmend më parë).
c. Rezultatet në terren për 76.6 km fibra optike. Saktësia 50 GHz.
d. Kozmosi i sinjalit [n-12] pĂ«r linjĂ«n 193.4 THz (1550.1 nm) pĂ«r dy polarizime (X dhe Y). "Back-to-back" (B2B) pĂ«rkon me transmetuesin dhe marrĂ«sin e lidhur drejtpĂ«rdrejt, "75 km in-lab fibre" — testimi nĂ« laborator (b) dhe "76.6 km field fibre" — testimi nĂ« terren (c).

NĂ« Fig. 3 abbreviaturat:

  • BER — norma e gabimeve tĂ« bitĂ«ve [n-13];
  • 44.2 Tb/s pĂ«rmes fibrĂ«s optike — si funksionon kjo? (nga madhĂ«sia e vektorit tĂ« gabimit [n-14]) — karakterizon cilĂ«sinĂ« e sinjalit.

03. Rezultatet


44.2 Tb/s pĂ«rmes fibrĂ«s optike — si funksionon kjo?

Fig. 4. Norma e gabimeve të bitëve (BER), efikasiteti spektral dhe informacioni i përgjithshëm i ndërsjellë (GMI) [n-15] në eksperiment [l-1].

a. BER pĂ«r secilĂ«n linjĂ« tĂ« grumbullit. E kuqe paraqet konfigurimin B2B, e kuqe — eksperimentin nĂ« laborator, e gjelbĂ«r — eksperimentin nĂ« terren. Linja me pikĂ« Ă«shtĂ« e shĂ«nuar 20% SD FEC, tĂ« bazuar nĂ« kodet LDPC. Prag FEC Ă«shtĂ« zgjedhur nĂ« 44.2 Tb/s pĂ«rmes fibrĂ«s optike — si funksionon kjo?. Pas transmetimit, mendohet se nuk ka gabime nĂ« tĂ« gjitha kanalet.
b. GMI dhe intensiteti spektoral për secilën linjë të kreshtës. GMI llogaritet veçmas për secilën linjë pas normalizimit të saj, i cili lejon që të merret parasysh raporti sinjal-zhurmë i mesazhit të marrë. Linjat tregojnë 10% dhe 20% të të dhënave të tepruara (OH). Efikasiteti spectral (SE) llogaritet nga GMI dhe raporti i shpejtësisë simbolike me distancën midis kreshtave. Meqenëse GMI supozon një sinjal ideal, ajo tregon një kapacitet më të madh të përgjithshëm të informacionit krahasuar me BER. Në sekuencën GMI (SE) për B2B vlerat variojnë nga 11.3 b/simbol (10.6 b/simbol/Hz) deri në 10.9 b/simbol (10.3 b/simbol/Hz). Për transmetimin përmes fibra optike në kushte laboratorike, vlerat (për kanalin) ishin nga 11.0 b/simbol (10.4 b/simbol/Hz) deri në 10.7 b/simbol (10.1 b/simbol/Hz). Të njëjtat rezultate janë arritur edhe në provat në terren.

NĂ« Fig. 4 abbreviaturat:

  • FEC — korrigjimi i gabimeve pĂ«rparĂ«sor — korrigjimi direkt i gabimeve [n-16];
  • SD FEC — FEC me vendim tĂ« butĂ«;
  • LDPC — kodi me densitet tĂ« ulĂ«t tĂ« kontrollit tĂ« barazisĂ« [n-17].

Bitrate i pastër, i marrë në eksperimente, është vlerësuar në 44.2 Tb/s. Kur llogaritet në bitrate të koduar (me shtimin e informacionit të tepruar për transmetimin e të dhënave), kjo vlerë bie në 40.1 Tb/s (konfigurimi B2B), 39.2 Tb/s (në laborator) dhe 39.0 Tb/s ("në terren"). Kjo do të thotë efikasitet spectral prej 10.4, 10.2 dhe 10.1 b/s/Hz përkatësisht.

Ky rezultat është pothuajse 50% më i lartë se rezultatet e arritura me përdorimin e një pajisjeje të vetme integrative [l-3]. Në këtë rast, efikasiteti spectral është 3.7 herë më i lartë.

04. Krahasimi me rezultate të tjera

Bitrate i pastër
Bitrate i koduar
Modulimi
Efikasiteti spectral
Transferimi
Burimi

30.1 Tb/s
28.0 Tb/s
16 QAM
2.8 b/s/Hz
75 km SMF nĂ« laborator
[l-3]

4.8 Tb/s
4.4 Tb/s
64 QAM
1.1 b/s/Hz
80 km SMF nĂ« laborator
[l-4]

25.6 Tb/s
22.0 Tb/s
16 QAM
3.2 b/s/Hz
9.6 km, fiber optik 30-fije
[l-5]

44.2 Tb/s
40.1 Tb/s
64 QAM
10.4 b/s/Hz
B2B (0 km)
Ky publikim

44.2 Tb/s
39.2 Tb/s
64 QAM
10.2 b/s/Hz
75 km SMF nĂ« laborator
Ky publikim

44.2 Tb/s
39.0 Tb/s
64 QAM
10.1 b/s/Hz
76.6 km SMF nĂ« linjĂ«n komunale nĂ« funksion
Ky publikim

Tabelë 1. Krahasimi i rezultateve me publikime të tjera.

05. Lidhje të dobishme


Publikime shkencore

l-1. Transmetimi optik mbi fibra standarde me një burim çipi të vetëm (OpenAccess)
l-2. Micro-combs: Një gjeneratë e re e burimeve optike (OpenAccess)
l-3 Soliton të bazuar në mikrorezonator për komunikime optike koherente masive
l-4. Komunikime koherente të rendit të lartë duke përdorur combs të errëta të pulsave të lidhura nga mikrorezonatorët (OpenAccess)
l-5. Ora optike me combs frekuence mikrorezonator (OpenAccess)

Mund të jetë e dobishme (Wikipedia)

n-1. Combi frekuence
n-2. Soliton (optikë)
n-3. Modulimi i amplitudës së katërfishtë (QAM)
n-4. Val e vazhdueshme (CW)
n-5. Gama spektrale falasë (FSR)
n-6. Multipleximi
n-7. Kalim selektiv i valëve (WSS)
n-8. Amplifikatorë me fibër të dopinguar (DFA, EDFA)
n-9. Shpejtësia simbolike
n-10. Baud
n-11. Fibra optike me një mod (SMF)
n-12. Diagrami i konstelacioneve
n-13. Shkalla e gabimeve në bit (BER)
n-14. Saktesia e vektorit të gabimit
n-15. Informacioni i shumëvariabël i përbashkët (MMI, GMI)
n-16. Korrigjimi i gabimeve përpara (FEC)
n-17. Kodi i kontrollit me densitet të ulët (LDPC)

Rekomandoj gjithashtu të shikoni lidhjet për robotë të tjerë në këtë fushë, të përdorura në publikim [l-1].

06. Epilogu

Arritja e shpejtësisë së transferimit të të dhënave prej 44.2 Tb/s (ndonëse në praktikë është 39.0 Tb/s) është një arritje e jashtëzakonshme e shkencës moderne.

Dhe madje, edhe pse ndoshta nuk do ta shohim përdorimin e tij në jetën e përditshme së shpejti, mundësia për të transferuar të dhëna me shpejtësi të lartë është një nga pak fushat e shkencës që nuk ngjall pyetje të zakonshme te njerëzit si 'përse e bëni këtë?' ose 'si mund ta aplikojmë në jetën tonë?'.

Shpresoj që ju ka interesuar. Faleminderit për vëmendjen!

P.S. NĂ«se keni gjetur gabime ose gabime nĂ« tekst, ju lutem mĂ« njoftoni. Konsideroni tĂ« bĂ«ni kĂ«tĂ« duke theksuar njĂ« pjesĂ« tĂ« tekstit dhe duke klikuar "Ctrl / ⌘ + Enter", nĂ«se keni Ctrl / ⌘, ose pĂ«rmes mesazheve personale. NĂ«se tĂ« dyja opsionet nuk janĂ« tĂ« mundshme, shkruani pĂ«r gabimet nĂ« komente. Faleminderit!
P.P.S. Do të isha mirënjohës, nëse do të shpenzonit edhe 60 sekonda për të përgjigjur në 2 anketa të vogla më poshtë. Faleminderit!

Vetëm përdoruesit e regjistruar mund të marrin pjesë në anketë. Hyni, ju lutem.

Ju interesojnë publikimet mbi arritjet në fushën e shkencës dhe / ose teknologjisë?

  • 97,5%Interesant79

  • 1,2%Jo interesant1

  • 1,2%Nuk dua tĂ« klikoj 'rezervohet', por dua tĂ« di rezultatet1

81 përdorues kanë votuar. 8 përdorues janë rezervuar.

A do të dëshironit të shihni publikime të reja të tilla në Habr?

  • 92,3%Po, kjo Ă«shtĂ« pikĂ«risht pĂ«r Habr72

  • 1,3%Jo, Habr nuk Ă«shtĂ« pĂ«r kĂ«tĂ«1

  • 6,4%Nuk ka rĂ«ndĂ«si5

78 përdorues kanë votuar. 5 përdorues janë rezervuar.

Burimi: habr.com

Blini hosting tĂ« besueshĂ«m pĂ«r faqe interneti me mbrojtje nga DDoS, serverĂ« VPS VDS đŸ”„ Blini hosting tĂ« besueshĂ«m pĂ«r faqe interneti me mbrojtje nga DDoS, serverĂ« VPS VDS | ProHoster