Valokuitukaapelit muodostavat nykyaikaisen viestinnän selkärangan ja kuljettavat dataa ja puheluita maiden välillä ja valtamerten alla. Mutta jatkuvasti kasvava tietojen kysyntä - elokuvien suoratoistosta Internet-hakuihin - asettaa paineita kyseiselle verkolle, koska tiedonsiirtoon kaapeleiden kautta voidaan asettaa rajoituksia ennen signaalin heikkenemistä, ja uusien kaapeleiden rakentaminen on kallista.
Asiaan liittyvä sisältö
- Tutkijat ovat viimein selvittäneet, kuinka litiumparistot voidaan estää itsestään palamasta
- FCC juuri äänesti säilyttämään verkon neutraalisuuden
Nyt Kalifornian yliopiston San Diegon ryhmällä voi olla ratkaisu lainaamalla mittavälineeksi muilla aloilla käytetty tekniikka: taajuuskammio. Nämä laserpohjaiset laitteet antoivat joukkueelle poistaa vääristymiä, jotka ilmestyvät yleensä ennen signaalin päästä kaapelin päähän. Tutkijat lähettivät tietoja enemmän kuin koskaan ennen - 7 456 mailia - ilman tarvetta vahvistaa signaalia matkan varrella.
Jos heidän kokeellinen tekniikka pysyy reaalimaailmassa, valokuitukaapelit tarvitsevat vähemmän kalliita toistimia signaalien pitämiseksi vahvoina. Lisäksi parempi signaalin stabiilisuus tietovirrassa tarkoittaisi sitä, että enemmän kanavia voidaan täyttää yhdeksi lähetykseksi. Tällä hetkellä kuituoptiikan perustavanlaatuinen kompromissi on, mitä enemmän tietoja haluat lähettää, sitä lyhyempi etäisyys voit lähettää sitä.
Kuituoptisignaalit ovat yksinkertaisesti koodattua valoa, joko laserin tai LEDin tuottamaa. Tämä valo kulkee ohut lasikaapelit alaspäin heijastaen niiden sisäpinnoista, kunnes se tulee ulos toisesta päästään. Aivan kuten radiolähetyksillä, lasersäteellä on tietty kaistanleveys tai taajuusalue, se peittää, ja tyypillinen valokaapelin säie voi kuljettaa useampaa kuin yhtä kaistanleveyskanavaa.
Mutta signaalit eivät voi kulkea ikuisesti, ja ne voidaan silti dekoodata niin kutsuttujen epälineaaristen tehosteiden, erityisesti Kerr-tehon, takia. Kuituoptiikan toimimiseksi kuidun sisällä olevan valon on taitettava tai taivutettava tietty määrä kulkiessaan. Mutta sähkökentät muuttavat sitä, kuinka paljon lasi taivuttaa valoa, ja valo itse tuottaa pienen sähkökentän. Taitoksen muutos tarkoittaa, että lähetetyn signaalin aallonpituudessa on pieniä muutoksia. Lisäksi kuidun lasissa on pieniä epäsäännöllisyyksiä, mikä ei ole ehdottoman täydellinen heijastin.
Pienet aallonpituuden muutokset, joita kutsutaan värinäksi, laskevat yhteen ja aiheuttavat ristikielen kanavien välillä. Väreily näyttää satunnaiselta, koska kuituoptisella lähetyksellä on kymmeniä kanavia, ja vaikutus jokaisessa kanavassa on hiukan erilainen. Koska Kerr-vaikutus on epälineaarinen, matemaattisesti sanottuna, jos on enemmän kuin yksi kanava, et voi vain vähentää sitä - laskenta on paljon monimutkaisempaa ja melkein mahdotonta nykypäivän signaalinkäsittelylaitteille. Se tekee hankauksista vaikeaa ennustaa ja korjata.
"Ymmärsimme, että epäselvyys, aina niin vähäinen, saa kaiken vaikuttamaan siltä, että se ei ole deterministinen", sanoo UCSD: n Qualcomm-instituutin tutkija Nikola Alic ja yksi kokeellisen työn johtajista.
Nykyisessä valokuituoptiikassa kanavataajuuksien on oltava riittävän kaukana toisistaan, jotta värinä ja muut melutehosteet eivät tee niistä päällekkäisiä. Koska värinä kasvaa etäisyyden kanssa, lisää signaalin tehoa vain vahvistaa kohinaa. Ainoa tapa käsitellä sitä on laittaa kaapeliin kalliita toistimiksi kutsuttuja laitteita signaalin uudistamiseksi ja melun puhdistamiseksi - tyypillisessä transatlanttisessa kaapelissa on toistimet asennettu noin 600 mailin välein, Alic sanoi, ja tarvitset yhden jokaiselle kanavalle. .
UCSD: n tutkijat pohtivat, löytäisikö heidän keino saada jitter näyttää vähemmän satunnaiselta. Jos he tietäisivät tarkalleen kuinka paljon valon aallonpituus jokaisessa kanavassa muuttuisi, he voisivat kompensoida sen signaalin saapuessa vastaanottimeen. Sieltä taajuuskammi tuli. Alic sanoo, että idea tuli hänelle vuosien työskennelleen liittyvillä aloilla valolla. "Se oli eräänlainen selkeyden hetki", hän sanoo. Taajuuskammio on laite, joka tuottaa laservaloa paljon erityisillä aallonpituuksilla. Lähtö näyttää kammalta, jokaisella "hammalla" tietyllä taajuudella ja jokaisella taajuudella vierekkäisten tarkka monikerta. Kammat käytetään atomikellojen rakentamiseen, tähtitieteeseen ja jopa lääketieteelliseen tutkimukseen.
Alic ja hänen kollegansa päättivät selvittää, mitä tapahtuisi, jos he käyttäisivät taajuuskampaa lähtevien kuituoptisten signaalien kalibrointiin. Hän vetoaa siihen orkesterin virittävään kapellimestariin. "Ajattele kapellimestaria käyttämällä virityshaarukkaa kertoaksesi kaikille, mikä keskimmäinen A on", hän sanoo. Ryhmä rakensi yksinkertaistettuja valokuitujärjestelmiä kolmella ja viidellä kanavalla. Kun he käyttivät kampaa kalibroimaan lähtevän signaalin aallonpituudet, he löysivät silti värähtelyä, mutta tällä kertaa kaikki kanavat säteilivat samalla tavalla. Tämä säännöllisyys mahdollisti signaalin dekoodaamisen ja lähettämisen ennätysetäisyydellä ilman toistimia. "Se tekee prosessista deterministisen", sanoo Alic, jonka tiimi raportoi tämän viikon tuloksista Science-lehdessä .
Sethumadhavan Chandrasekhar, maailmanlaajuisen teleyrityksen Alcatel-Lucentin arvostettu teknisen henkilöstön jäsen, on yksi monista tutkijoista, jotka ovat työskennelleet valokuituheijastusongelman parissa vuosien ajan. Hänen julkaistun teoksensa sisältää vaihekonjugoitujen signaalien lähettämisen - kaksi signaalia, jotka ovat tarkalleen 180 astetta toisistaan poikkeavia. Tämä asetus tarkoittaa, että kaikki epälineaariset vaikutukset, jotka aiheuttavat melua, poistetaan.
UCSD: n työ on tärkeää, mutta se ei ole vielä täydellinen ratkaisu, Chandrasekhar sanoo. "Mitään puuttuu, että useimmissa järjestelmissä on nyt kaksoispolarisaatio", hän sanoo, että järjestelmät lisäävät kapasiteettia lähettämällä valon signaaleja, jotka ovat polarisoituneet eri tavalla. "Useimmat järjestelmät lähettävät nykyään tietoa kahdessa polarisaatiotilassa, ja UCSD-ryhmän on osoitettava, että heidän tekniikansa toimii myös sellaisessa siirtoskenaariossa", hän sanoo.
Alic sanoo, että ryhmän seuraava kokeilusarja käsittelee juuri tätä asiaa. Toistaiseksi heidän mielestään tätä tekniikkaa voidaan mukauttaa todelliseen käyttöön, vaikkakin se vaatii uuden laitteiston rakentamisen ja käyttöönoton, mikä vie aikaa. Joka tapauksessa signaalien ulottuvuuden lisääminen mahdollistaa paljon aggressiivisemman rakenteen, tuottaen enemmän dataa ja enemmän etäisyyttä ilman huolia signaalin katoamisesta. "Ei ole enää syytä pelätä", hän sanoo.
