Tehnologija optičkih odašiljača prelijeva se iz tradicionalnih komunikacijskih polja. U području umjetne inteligencije,-optičke veze velike brzine ključne su za probijanje računalnih uskih grla; u komunikaciji vidljivom svjetlošću (VLC), može pružiti nove spektralne resurse za 6G. Putem integracije s tehnologijama kao što je mikrovalna fotonika, također se može primijeniti na šira područja uključujući senzore, slike i obranu.
01 Tehnološka evolucija
Theoptički odašiljač, ključna komponenta optičkih komunikacijskih sustava, prolazi kroz transformaciju iz jednog-funkcionalnog modula u inteligentan,-sustav visoke učinkovitosti. Rani odašiljači s optičkim vlaknima primarno su izvodili osnovnu elektro-optičku pretvorbu, ali sada su postali ključni element koji određuje izvedbu čitavih komunikacijskih mreža.
Prema najnovijem istraživanju Instituta Fraunhofer, tradicionalni sustavi optičkih vlakana više ne mogu zadovoljiti zahtjeve budućih aplikacija. To je natjeralo istraživače da razviju naprednije tehnologije odašiljača s optičkim vlaknima, kao što je korištenje-selektivnih prekidača valne duljine i prostornog multipleksiranja za povećanje kapaciteta i fleksibilnosti mreže.
Ključni smjer u tehnološkoj evoluciji je poboljšanje spektralne učinkovitosti. Istraživači su razvili nove vrste rešetki za povećanje spektralne razlučivosti s tradicionalnih 100GHz na 25GHz. To čini frekvencijske pojaseve za prijenos podataka užim, a pakete podataka manjim, čime se omogućuje istovremeni prijenos više paketa podataka unutar istog optičkog vlakna.
02 Prednosti izvedbe
Razlog zašto su optički odašiljači postali jezgra modernih komunikacijskih mreža leži u njihovim višestrukim prednostima izvedbe. Mogućnost-brzog prijenosa jedna je od njihovih najistaknutijih značajki, podržavajući brzine prijenosa podataka od Gbps pa čak i veće.
Ova karakteristika ih čini široko primjenjivima u scenarijima koji zahtijevaju masovni prijenos podataka, kao što su međusobno povezivanje podatkovnih centara i širokopojasni pristup. Nasuprot tome, tradicionalni bakreni kabeli značajno su ograničeni u brzini prijenosa i udaljenosti pod usporedivim uvjetima.
Odašiljači s optičkim vlaknima koriste optičke signale za prijenos podataka, što rezultira manjim gubitkom prijenosa i prigušenjem u usporedbi s tradicionalnim bakrenim kabelima. To znači da signali mogu održavati visoku kvalitetu i stabilnost na velikim udaljenostima, smanjujući utjecaj prigušenja signala na kvalitetu komunikacije.
Ovo je svojstvo osobito važno za scenarije koji zahtijevaju-pokrivenost na velikim udaljenostima, kao što su mreže gradskih područja (MAN) i mreže širokog područja (WAN).Odašiljači s optičkim vlaknimamože ostvariti prijenos podataka na desetke ili čak stotine kilometara.
Odašiljači s optičkim vlaknima manje su osjetljivi na vanjske elektromagnetske smetnje tijekom prijenosa. U usporedbi s kabelskim prijenosom, mogu bolje održavati integritet i stabilnost signala, manje su podložni čimbenicima okoline i osiguravaju siguran i pouzdan prijenos podataka.
03 Scenariji primjene
Scenariji primjene odašiljača s optičkim vlaknima proširili su se s tradicionalnih telekomunikacija na brojne industrije u nastajanju. Njihove karakteristike izvedbe određuju njihovu prikladnost za različite scenarije.
Sljedeća tablica uspoređuje zahtjeve performansi za optičke odašiljače u različitim scenarijima primjene:
| Scenarij primjene | Glavni zahtjevi izvedbe | Tipična udaljenost prijenosa | Tehničke karakteristike |
|---|---|---|---|
| Međusobno povezivanje podatkovnog centra | Velika brzina, mala latencija | Srednje-Male udaljenosti | Visoka-ugradnja, mala potrošnja energije |
| MAN/WAN | Velika udaljenost, visoka stabilnost | Deseci do stotine kilometara | Jaka zaštita- od smetnji, mali gubici |
| Mreže budućnosti (6G/Quantum Comm.) | Ultra{0}}veliki kapacitet, fleksibilnost | Kombinirana duga/kratka udaljenost | Tehnologije multipleksiranja, skalabilnost |
| CATV mreže | Visoka kvaliteta signala, široka pokrivenost | Duga udaljenost | Visoka izlazna snaga, kontrola izobličenja |
| Sustavi nadzora | Stabilan i pouzdan, visoka prilagodljivost | Srednje-Male udaljenosti | Snažna prilagodljivost okolišu, jednostavno postavljanje |
U području međusobnog povezivanja podatkovnih centara, mala veličina i lagana prirodaoptički odašiljačiomogućuju fleksibilan raspored i instalaciju u-okruženjima s ograničenim prostorom. Korištenje optičkih modula i patch kabela omogućuje visoku-kabliranje i postavljanje priključaka, ispunjavajući zahtjeve velikih-podatkovnih centara za gustoću sučelja i kompaktnost opreme.
S razvojem novih tehnologija kao što su autonomna vozila, 6G mobilna komunikacija i kvantna komunikacija, potražnja za svjetlovodnim mrežama kontinuirano raste. Ove aplikacije zahtijevaju veće brzine prijenosa podataka i manju latenciju, što tradicionalni odašiljači s optičkim vlaknima više ne mogu u potpunosti zadovoljiti.
Projekt WESORAM koji je razvio njemački Fraunhofer institut uspješno je pokazao sposobnost proizvoljnog usmjeravanja signala s 8 ulaznih kanala na 16 izlaznih kanala. Ova sposobnost "cross{3}}connect" povećava kapacitet mreže i pruža veću fleksibilnost za prijenos i usmjeravanje tokova podataka.
Posebno dizajnirani optički odašiljači također igraju vitalnu ulogu u mrežama kabelske televizije (CATV). Na primjer, EMCORE I-Type Medallion 6000 serije 1550 nm eksterno moduliranih odašiljača optimizirani su za međunarodne CATV sustave, podržavajući optičke veze do 150 kilometara.
04 Napredak industrije
Tehnologija optičkih odašiljača prolazi kroz brzi razvoj, s brojnim inovativnim istraživačkim projektima koji pokreću napredak u ovom području. Znanstvenici su postigli veliki napredak u brzini komunikacije optičkim vlaknima, ostvarivši brzinu prijenosa od 1,84 Pbit/s preko približno 8-kilometara dugog vlakna.
Ova brzina je ekvivalentna prijenosu podataka s oko 236 tvrdih diskova od jednog-terabajta (1TB) u sekundi, što je otprilike dvostruko više od trenutnog ukupnog globalnog internetskog prometa. Štoviše, istraživački tim je po prvi put postigao brzinu veću od 1 Pbit/s koristeći samo "jedan laser + jedan optički čip".
Tehnologija optičkog frekvencijskog češlja bila je ključna za ovaj napredak. Ova tehnologija pretvara svjetlost iz infracrvenog lasera u dugin spektar sastavljen od mnogo boja, gdje su frekvencija i razlike u frekvenciji između svake monokromatske svjetlosti fiksne, što je čini prikladnom za multipleksiranje po valnim duljinama.
Sva generirana svjetlost je koherentna, što omogućuje zajedničku digitalnu obradu signala između različitih kanala, što u konačnici uvelike ubrzava brzine prijenosa podataka.
Značajan napredak postignut je i u tehnologiji više{0}}optičnih vlakana. Istraživački tim s američkog Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (NIST) po prvi je put pokazao da se ultra-stabilni signali optičkog atomskog sata mogu prenositi kompatibilno uz telekomunikacijske podatke u više-jezgrenom vlaknu razmještenom na desetke kilometara.
To znači da novonastale optičke mreže velikog{0}}kapaciteta ne samo da mogu prenositi goleme količine podataka, već i potencijalno vrlo precizno sinkronizirati atomske satove diljem svijeta.
05 Izazovi i budućnost
Unatoč značajnom napretku, tehnologija optičkih odašiljača još uvijek se suočava s nekoliko izazova. Trošak je jedan od njih, posebno u sustavima multipleksiranja s valnim duljinama (WDM), gdje su troškovi optičkih i optoelektroničkih komponenti visoki, dijelom zbog potrebe za preciznim podešavanjem valne duljine.
Fizička svojstva dielektrika koji se koriste u ovim komponentama ovise-o temperaturi. Ova temperaturna osjetljivost može uzrokovati pomake u valnim duljinama filtera.
Projekt OPTIMUX, koji je pokrenuo Fraunhofer HHI institut, posvećen je razvoju inovativnih i učinkovitih rješenja multipleksiranja za cijeli prijenosni put. Projekt se usredotočuje na optimalne strategije multipleksiranja za prijenos podataka optičkim vlaknima korištenjem prostornog multipleksiranja, s ciljem postizanja brzina simbola čak do 300 GBd.
S brzim razvojem digitalizacije i porastom aplikacija-pokrenutih podataka, postojeća mrežna infrastruktura približava se svojim granicama. Dok je multipleksiranje po valnim duljinama uobičajena metoda, prostorno multipleksiranje nudi novi put za optimizaciju mreže. Korištenjem višestrukih jezgri vlakana i načina prijenosa, kapacitet se može značajno povećati.
