Më 22 maj 2020, në Nature Communications u publikua një artikull i shkencëtarëve nga institucionet kërkimore dhe shkencore të Australisë, Kinës dhe Kanadasë, me titull "Transferimi ultravështirë i të dhënave optike përmes fibrave standarde me një burim çipi të vetëm".
Natyrisht, njĂ« titull i tillĂ« nuk ishte i pĂ«rshtatshĂ«m pĂ«r publikun e gjerĂ«, kĂ«shtu qĂ« nĂ« lajme tĂ« gjithĂ« shkruanin pĂ«r 44.2 Tb/s â rezultatin qĂ« arritĂ«n (disa nuk e lexuan deri nĂ« fund dhe nĂ« tituj u shfaqĂ«n TB/s, por vlera e saktĂ« Ă«shtĂ« terabita/s). Le tĂ« shqyrtojmĂ« sĂ« bashku si e bĂ«nĂ« kĂ«tĂ« dhe pĂ«r çfarĂ« shkruan me tĂ« vĂ«rtetĂ« studimi.
Të fillojmë!
PĂ«rmbajtja
Do të përpiqem të shpjegoj pikat kyçe të hulumtimit, përfshirë terma, pajisje dhe të tjera. Për më tepër, në fund të publikimit tim do të ketë një listë lidhjesh, përmes të cilave mund të lexoni më shumë.
Mos e besoni 100% shpjegimin tim. Ashtu si të gjithë, përveç gazetarëve, mund të gaboj. Lexoni literaturën shkencore të vërtetë ().
01. Të dhënat kryesore
Të dhënat origjinale të publikimit (akses i lirë):
Micro-combs â comb optike frekuencash tĂ« gjeneruara nga rezonatorĂ« mikro-kavitetĂ« tĂ« integruar â ofrojnĂ« potentialin e plotĂ« tĂ« homologĂ«ve tĂ« tyre nĂ« masĂ«, por nĂ« njĂ« format tĂ« integruar. Ato kanĂ« mundĂ«suar pĂ«rparime nĂ« shumĂ« fusha, pĂ«rfshirĂ« spektroskopinĂ«, fotonikat mikrovalore, sintezĂ«n e frekuencĂ«s, matjet optike, burimet kuantike, metrologjinĂ« dhe transferimin e tĂ« dhĂ«nave me kapacitet tĂ« lartĂ«. KĂ«tu, duke pĂ«rdorur njĂ« klasĂ« tĂ« fuqishme tĂ« micro-comb tĂ« quajtur krystal soliton, arrijmĂ« transferimin ultravĂ«shtirĂ« tĂ« tĂ« dhĂ«nave pĂ«rmes 75âkm tĂ« fibrĂ«s optike standarde duke pĂ«rdorur njĂ« burim çipi tĂ« integruar tĂ« vetĂ«m. Ne demonstrojmĂ« njĂ« normĂ« linje prej 44.2 Terabit/s duke pĂ«rdorur bandĂ«n C tĂ« telekomunikacionit nĂ« 1550ânm me njĂ« efikasitet spektral prej 10.4 bits/s/Hz. KristalĂ«t soliton tregojnĂ« njĂ« gjenerim dhe funksionim tĂ« fortĂ« dhe stabil si dhe njĂ« efikasitet tĂ« lartĂ« intrinsek qĂ«, sĂ« bashku me njĂ« distancĂ« jashtĂ«zakonisht tĂ« ulĂ«t midis solitoneve prej 48.9âGHz, mundĂ«sojnĂ« pĂ«rdorimin e njĂ« formati shumĂ« tĂ« lartĂ« tĂ« modulatĂ«s tĂ« dhĂ«nash (64 QAM â moduluar me amplitudĂ« katĂ«rkĂ«ndore). Ky punim demonstron aftĂ«sinĂ« e micro-comb optik pĂ«r tĂ« funksionuar nĂ« rrjete tĂ« kĂ«rkesa dhe praktike tĂ« komunikimeve optike.
Duke përdorur një burim optik të integruar, arritëm të transferonim informacione përmes fibrës optike standarde mbi 75 km. Në të njëjtën kohë, arritëm një 'shpejtësi' prej 44.2 terabita/s (Tb/s) për bandën C (1550 nm) me një efikasitet spektral prej 10.4 (bits/s)/Hz. Distanca midis solitoneve të fqinjëve u reduktua në 48.9 GHz.
Testimi në 75 km u krye me ndihmën e fibrës optike në laborator. Për më tepër, u kryen teste të ngjashme 'në terren' në një linjë optike të vërtetë (76.6 km) në Melbourne, Australi.
ĂfarĂ« duhet tĂ« dini:
Mikro-grebeni (micro-comb)
Me fjalĂ« tĂ« thjeshta â njĂ« burim optik (lexo "me lazer"). Spektri i tij pĂ«rbĂ«het nga njĂ« seri linjash diskrete, tĂ« cilat janĂ« tĂ« vendosura nĂ« distanca tĂ« njĂ«jta nga njĂ«ra-tjetra (prandaj quhet greben). PĂ«rveç kĂ«saj, quhet gjithashtu impulsi vetĂ« i kĂ«tij burimi. NĂ«se jeni tĂ« interesuar, mund tĂ« lexoni njĂ« shqyrtim , i cili trajton pĂ«rcaktimet kryesore nĂ« kĂ«tĂ« fushĂ« (faqja 81, po, pĂ«rcaktimet kryesore, qasje tĂ« lirĂ«). NĂ« mĂ«nyrĂ« tĂ« shpejtĂ« mund tĂ« lexoni nĂ« Wikipedia .
Solitoni optik
Ky është një impuls optik i vetëm, i cili mund të përhapet në një mjedis jolinjar në distanca të mëdha pa ndryshuar formën e tij. Informacione të përgjithshme mund të merrni nga artikulli në Wikipedia .
Kristali soliton (soliton crystal)
Ky Ă«shtĂ« njĂ« ansambĂ«l i rregullt nĂ« kohĂ« i solitoneve, tĂ« cilat janĂ« "pozicionuar" periodikisht falĂ« modifikimit tĂ« fushĂ«s qĂ« i gjeneron ato. ĂshtĂ« njĂ« kristal vetĂ«m nĂ« kohĂ«.
Modulimi katrork (QAM)
Me anĂ« tĂ« ndryshimit tĂ« fazĂ«s dhe amplitudĂ«s sĂ« sinjalit, mund tĂ« rritet sasia e informacionit tĂ« transmetuar. Faza zhvendoset pĂ«r 
â njĂ« katĂ«rthesĂ«, prandaj "katror"). Numri 64 tregon sasinĂ« e kombinimeve tĂ« ndryshme nĂ« kĂ«tĂ« modulim. MĂ« shumĂ« detaje mund tĂ« lexoni nĂ« Wikipedia .
Mendoj se kjo është e mjaftueshme për tani, ndërsa termat e tjerë ose gjërat që nuk janë më të qarta do t'i shpjegoj gjatë rrugës.
02. Eksperimenti
Fig. 1. Koncepti i eksperimentit të transferimit të të dhënave me përdorimin e kristaleve soliton .
a. Ilustrimi i gjendjes së "kristalit soliton", i përdorur në eksperiment.
b. Foto e çipit tĂ« pĂ«rdorur (5 x 9 mm, vetĂ«m rreth 
sipërfaqes së mbushur me pajisjen dhe valvodit) + monedha 2 AUD (20.5 mm) për shkallë. Shtesa tregon rezonatorin e rrathëve. Distorsioni e dukshme në imazh lidhet me ndihmën që mban fibrën optike.
c. Shkema e eksperimentit. Një lazer që emeton vazhdimisht (CW ) (1.8 W pas amplifikatorit) energjon rezonatorin e rrethit (48.9 GHz FSR ), duke gjeneruar mikro-grebene në interaksion me kristalin soliton. Grebeni rregullohet (kuptojmë rregullimin e amplitudës në frekuenca të ndryshme) dhe demultiplexohet , që mundëson modulimin e tij të mëtejshëm. Më pas, sinjali sërish kompresohet, transmetohet përmes fibrit optik duke përdorur amplifikatorë EDFA (shih më poshtë) dhe çdo kanal përsëri demultiplexohet (kjo është antonimi i kompresimit të sinjalit).
NĂ« shkurtesat:
- ECL â laseri i lidhur me skaj â Ă«shtĂ« njĂ« lazer i lidhur me fibrat optike;
- WSS â ndĂ«rfaqja selektive e valĂ«s â pajisja e cila lejon kalimin selektiv tĂ« gjatĂ«si sĂ« valĂ«s ;
- Rx â marrĂ«si;
- EDFA â Amplifikatori i Fibrit Optik tĂ« Lidhur me Erbium â amplifikatori i fibrit optik, i dĂ«mtuar me ionet e erbiumit .
Kur lazeri emeton (1 550 nm, i vazhdueshëm), mikro-rezonatori gjeneron një kristal solitoni me gjerësi spektrale mbi 80 nm (me periudhë rreth 0.4 nm). Mikro-brishti gjenerohet gjatë përshtatjes automatike të lazerit në vlerën e nevojshme.
Fig. 2. Generimi i kristalit solitoni. Për gjenerimin e tij, laseri përshtatet ngadalë nga skaji i gjatë të rezonancës në një vlerë të paracaktuar .
a. Brishti kryesor. Gjenerohet kur emetimi i lazerit është në rezonancë me unazën.
b. Spektri i kristalit solitoni, i cili u përdor në eksperiment. Ky spekter "i prerë" i mikro-brishtit përputhet me një defekt të vetëm temporal, që është futur në unazë (në kuptim të një vakumi në vend të njërit nga linjat e brishti). Në një frekuencë të paracaktuar, gjenerohet një kristal solitoni me karakteristika spektrale rreth linjave të brishtit kryesor. Kështu arritën linjat në të gjithë bandën C të transmetimit optik të të dhënave.
c. Dallimi në intensitetin e linjave të brishtit për 10 parametra të ndryshëm të gjenerimit (simbolet e çdo lloji në Fig. përfaqësojnë një nga 10 rastet). Pasi intensiteti është brenda ± 0.9 dB nga spektri fillestar, mund të merret si fakt se gjenerimi i kërkuar i kristalit solitoni është i besueshëm.
Kristalet solitoni u gjeneruan për 10 gjatësi vale të ndryshme nga 1 550.300 deri në 1 550.527 nm dhe u tregua se rezultati i kërkuar arrihet për të gjitha 10 variacionet.
Nga e gjithë mikro-brishti u përzgjodhën 80 linja brenda bandës C (dritarja spektrale e gjerë 32 nm nga 1 536 deri në 1 567 nm, 3.95 THz). Këto banda u spektralisht rregulluan dhe më pas u dyfishuan në 160 ( që është ekuivalente me brishti 24.5 GHz). Dyfishimi është e nevojshme për optimizimin e eficiencës spektrale (informacionit spektral të dobishëm).
Një bandë testuese (6 kanale) iu shtua sinjalit që po studiohej. E gjithë brishti u modulua në formatin 64 QAM, që jep shpejtësinë simbolike në 23 gigabod , që lejon përdorimin e 94% të spektit të disponueshëm.
U kryen gjithsej 2 eksperimentet për transmetimin e informacionit në 75 km. Në të dy rastet, u përdor fibra optike njëmodale .
- Eksperiment në laborator.
- Testet në terren me përdorimin e rrjetit municipal, i cili lidh kampusin e Melburnit të Universitetit Teknologjik Mbretëror të Melburnit me kampusin e Universitetit Monash në Clayton.
Fig. 3. Spektrat dhe sinjalet shumëkanalëshe të kristalit solitoni .
a. Spektri i brishtit të frekuencës pas rregullimit, i matur me saktësi 12.5 GHz, për të treguar linja të veçanta.
b. Rezultatet laboratorike për 75 km fibër optike. Saktësia 50 GHz. Insertionilustron kanal testues (saktësia 150 MHz), duke treguar nën-banda të çiftit dhe të tekës, të pranishme për çdo linjë (rezultati i dyfishimit, e cila është përshkruar më parë).
c. Rezultatet në terren për 76.6 km fibër optike. Saktësia 50 GHz.
d. Konstelacioni i sinjalit pĂ«r linjĂ«n 193.4 THz (1550.1 nm) pĂ«r dy polarizime (X dhe Y). "Back-to-back" (B2B) pĂ«rgjigjet drejtpĂ«rdrejt tĂ« lidhur transmetuesit dhe marrĂ«sit, "75 km nĂ« laborator" â testim laboratorik (b) dhe "76.6 km nĂ« terren" â testim nĂ« terren (c).
NĂ« shkurtesat:
- BER â koeficienti i gabimeve tĂ« bitĂ«ve ;
(nga madhĂ«sia e vektorit tĂ« gabimit ) â karakterizon cilĂ«sinĂ« e sinjalit.
(nga madhĂ«sia e vektorit tĂ« gabimit ) â karakterizon cilĂ«sinĂ« e sinjalit.
03. Rezultatet
Fig. 4. Koeficienti i gabimeve të bitëve (BER), eficienca spektrale dhe informacioni i përgjithshëm i ndërsjellë (GMI) në eksperimentin .
a. BER pĂ«r çdo linjĂ« brishti. Me blu Ă«shtĂ« shĂ«nuar konfigurimi B2B, me tĂ« kuqe eksperimentin laboratorik, ndĂ«rsa me tĂ« gjelbĂ«r eksperimentin nĂ« terren. Linja e shtashme tregon 20% SD FEC, tĂ« bazuar nĂ« kodet LDPC. Prag FEC Ă«shtĂ« caktuar nĂ« 
. Pas transmetimit, besohet se gabimet në të gjitha kanalet janë të paprezent.
b. GMI dhe intensiteti spektral për çdo vijë të brezit. GMI llogaritet veçmas për çdo vijë pas normalizimit të tyre, i cili lejon të merret parasysh raporti sinjal-zhurmë i mesazhit të marrë. Vijat tregojnë 10% dhe 20% të dhënave të tepruara (OH). Efikasiteti spektral (SE) llogaritet nga GMI dhe raporti i shpejtësisë së simbolit ndaj distancës midis brezave. Duke qenë se GMI supozon një sinjal ideal, ai tregon kapacitet më të përgjithshëm informacioni në krahasim 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 fibrave 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 u arritën në prove në terren.
NĂ« shkurtesat:
- FEC â korrektimi pĂ«rpara i gabimeve ;
- SD FEC â FEC me vendosje tĂ« butĂ«;
- LDPC â kodi i kontrollit tĂ« paritetit me densitet tĂ« ulĂ«t .
Bitrate i pastër, i marrë në eksperimentet, është vlerësuar në 44.2 Tb/s. Kur konvertohet në bitrate të koduar (me shtimin e informacionit të tepruar për transmetimin e të dhënave), ky vlerë bie në 40.1 Tb/s (konfigurimi B2B), 39.2 Tb/s (në laborator) dhe 39.0 Tb/s ("në terren"). Kjo tregon një efikasitet spektral prej 10.4, 10.2 dhe 10.1 b/s/Hz përkatësisht.
Ky rezultat tejkalon me gati 50% rezultatet e arritura me përdorimin e një pajisjeje të integruar të vetme . Në të njëjtën kohë, efikasiteti spektral është më i lartë 3.7 herë.
04. Krahasimi me rezultate të tjera
Bitrate i pastër
Bitrate i koduar
Modulimi
Efikasiteti spektral
Transferimi
Burimi
30.1âTb/s
28.0âTb/s
16 QAM
2.8âb/Hz
75âkm SMF nĂ« laborator
4.8âTb/s
4.4âTb/s
64 QAM
1.1âb/Hz
80âkm SMF nĂ« laborator
25.6âTb/s
22.0âTb/s
16 QAM
3.2âb/Hz
9.6âkm, fibra optike 30-fibrash
44.2âTb/s
40.1âTb/s
64 QAM
10.4âb/Hz
B2B (0âkm)
Ky publikim
44.2âTb/s
39.2âTb/s
64 QAM
10.2âb/Hz
75âkm SMF nĂ« laborator
Ky publikim
44.2âTb/s
39.0âTb/s
64 QAM
10.1âb/Hz
76.6âkm SMF nĂ« linjĂ« municipale aktive
Ky publikim
Tabela 1. Krahasimi i rezultateve me publikime të tjera.
05. Linke të dobishme
Publikimet shkencore
l-1. (OpenAccess)
l-2. (OpenAccess)
l-3
l-4. (OpenAccess)
l-5. (OpenAccess)
Mund të jetë i dobishëm (Wikipedia)
n-1.
n-2.
n-3. (QAM)
n-4. (CW)
n-5. (FSR)
n-6.
n-7. (WSS)
n-8. (DFA, EDFA)
n-9.
n-10.
n-11. (SMF)
n-12.
n-13. (BER)
n-14.
n-15. (MMI, GMI)
n-16. (FEC)
n-17. (LDPC)
Rekomandoj gjithashtu të shihni lidhjet në robot tjetër në këtë fushë, të përdorura në publikim .
06. Fjalë përfundimtare
Arritja e shpejtësisë së transmetimit të 44.2 Tb/s (edhe nëse në praktikë është 39.0 Tb/s) është një arritje e mrekullueshme e shkencës moderne.
Dhe edhe pse nuk besojmë se do ta përdorim atë në jetën e përditshme së shpejti, mundësia e transmetimit të të dhënave me shpejtësi të lartë është një nga fushat e pakta të shkencës që nuk ngjallin pyetje nga njerëzit e zakonshëm "pse e bëni këtë?" ose "si mund të aplikohet në jetën tonë?".
Shpresoj se ishte interesante për ju. Faleminderit për vëmendjen!
P.S. NĂ«se keni gjetur gabime ose gabime nĂ« tekst, ju lutem na informoni. Kjo mund tĂ« bĂ«het duke shĂ«nuar pjesĂ«n e tekstit dhe duke klikuar "Ctrl / â + Enter" nĂ«se keni Ctrl / â, ose nĂ«pĂ«rmjet . NĂ«se tĂ« dyja opsionet nuk janĂ« tĂ« disponueshme, shkruani pĂ«r gabimet nĂ« komentet. Faleminderit!
P.P.S. Do të isha mirënjohës nëse do të shpenzonit 60 sekonda të tjera dhe do të përgjigjeshit në 2 anketat e vogla më poshtë. Faleminderit!
Vetëm përdoruesit e regjistruar mund të marrin pjesë në anketë. , ju lutemi.
A jeni të interesuar për publikime mbi arritjet në fushën e shkencës dhe / ose teknologjisë?
97,5%TĂ« interesuar79
1,2%Jo të interesuar1
1,2%Nuk dua të votoj "të përmbahem", por dua të di rezultatet1
Votuan 81 përdorues. 8 përdorues u përmbahen.
Do të dëshironit të shihni publikime të reja të tilla në Habr?
92,3%Po, kjo është pikërisht për Habr72
1,3%Jo, Habr nuk është për këtë1
6,4%Pak rëndësi5
Votuan 78 përdorues. 5 përdorues u përmbahen.
Burimi: habr.com
