Žinios

Kas yra koherentinė optika?

Darni optikayra šviesolaidinė technologija, kuri koduoja duomenis išnaudodama kelias šviesos bangos -amplitudės, fazės ir poliarizacijos- savybes, o ne tiesiog įjungdama ir išjungdama šviesą. Adarni optinė komunikacijasistema sujungia pažangią siųstuvo moduliaciją su specializuotu imtuvu, kuris naudoja savo lazerį, kad iškoduotų visą gaunamo signalo informacijos turinį. Lyginant su tradiciniais metodais, nuoseklus optinis perdavimas žymiai padidina pajėgumą ir pasiekiamumą, todėl beveik visos didelės{1}}sparčios, ilgo nuotolio{2}} šviesolaidžio jungtys šiandien priklauso nuo nuoseklios technologijos. Kaip viena stiklo pluošto juosta neša terabaitus duomenų per vandenynus arba tarp duomenų centrų,{4}}tai yra nuosekli optika. Šiame vadove paaiškinama, kaip ši technologija veikia, dėl ko ji yra „nuosekli“, kur ji naudojama ir kur ji juda.

Tikroji koherentinės optikos prasmė

Žodis „nuoseklus“ reiškia, kaip imtuvas aptinka optinį signalą{0}}ir būtent tai išskiriakoherentinė optikaiš visų ankstesnių optinių technologijų.

Tradicinėse šviesolaidinėse sistemose naudojamas tiesioginis aptikimas (paprastai žinomas kaip intensyvumo -moduliuotas tiesioginis aptikimas arba IM-DD). Fotodetektorius, esantis priėmimo gale, tiesiog matuoja įeinančios šviesos ryškumą: šviesus reiškia 1, tamsus reiškia 0. Nors tai paprasta, šis metodas atmeta didžiąją dalį informacijos, kurią šviesos banga gali nešti, ypač jos fazę ir poliarizaciją.

Koherentinėje sistemoje imtuve yra lazeris, vadinamas vietiniu generatoriumi-akoherentinis šviesos šaltiniskuri sukuria atskaitos bangą ir sumaišo ją su gaunamu signalu. Nes gamina abi bangosdarni šviesa-tai reiškia, kad jų dažnio ir fazės santykis yra stabilus, nuspėjamas-jų trukdžių modelis atskleidžia ne tik signalo ryškumą, bet ir tikslią jo fazę bei poliarizacijos būseną. Imtuvas atkuria visą optinį lauką, atrakina informaciją, kurios tiesioginis aptikimas tiesiog negali pasiekti.

Tai yra esminis pranašumas. Visi kiti nuoseklios optikos privalumai-didesnės talpos, ilgesnio pasiekiamumo, paprastesnio tinklo dizaino-yra šios galimybės nuskaityti visą informaciją, užkoduotą šviesos banga.

Kaip veikia nuosekli optinė sistema

Siųstuvas: nuosekli moduliacija veikiant

Siųstuve derinamas lazeris sukuria siaurą, stabilų tam tikro bangos ilgio šviesos spindulį. Tada veikia moduliatoriusdarni moduliacijaspausdinant duomenis į šį pluoštą, vienu metu manipuliuojant trimis savybėmis:

Amplitudė- bangos intensyvumą galima nustatyti keliais lygiais, ne tik įjungti / išjungti.

Fazė- laiko padėtis bangos cikle perkeliama į apibrėžtus kampus (pvz., 0 laipsnių , 90 laipsnių , 180 laipsnių , 270 laipsnių ), kiekvienas iš jų atspindi skirtingą duomenų šabloną.

Poliarizacija- šviesa yra padalinta į dvi stačiakampes orientacijas (horizontalią ir vertikalią), kurių kiekviena turi nepriklausomą duomenų srautą. Taikoherentinė optinė poliarizacijaTechnika, vadinama poliarizaciniu multipleksavimu, padvigubina vieno bangos ilgio pajėgumą.

Amplitudės, fazės ir poliarizacijos kodavimo derinys leidžia vienu impulsu -vadinamu simboliu- vienu metu perduoti kelis duomenų bitus, gerokai viršijant vieną bitą vienam simboliui, pasiekiamą naudojant įjungtą -išjungtą raktą.

Imtuvas: nuoseklus optinis aptikimas ir skaitmeninis atkūrimas

Kitame pluošto gale,nuoseklus aptikimasvyksta: koherentinis imtuvas sumaišo gaunamąnuoseklus signalassu vietiniu osciliatoriaus lazeriu. Šis trukdžių procesas gamina elektrinius signalus, kurie išsaugo siųstuvo amplitudės, fazės ir poliarizacijos informaciją. Didelės spartos-analoginis-į-skaitmeninis keitiklis atrenka šiuos signalus irnuoseklus skaitmeninissignalų procesorius (DSP) tvarko tolesnį apdorojimą.

DSP atlieka keletą svarbių funkcijų. Jis atskiria du poliarizacijos kanalus. Jis seka ir kompensuoja chromatinę dispersiją-reiškinį, kai skirtingo bangos ilgio šviesa šiek tiek skirtingu greičiu sklinda per skaidulą, todėl impulsai pasklinda per atstumą. Jis taip pat ištaiso poliarizacijos režimo sklaidą ir kitus skaidulų pažeidimus realiu laiku, matematiškai, be jokios fizinės kompensacinės įrangos.

Veikdami kartu su DSP, išankstinių klaidų taisymo (FEC) algoritmai į signalą įterpia perteklinius duomenis, kad imtuvas galėtų aptikti ir ištaisyti klaidas be pakartotinio perdavimo. Išplėstinė švelnaus -sprendimo FEC padidina nuoseklių sistemų triukšmo toleranciją gerokai daugiau, nei galėjo pasiekti ankstesnės technologijos.

Grynasis efektas tinklo operatoriams: nauji šviesolaidžio maršrutai gali būti suaktyvinti be rankinio inžinerinio kiekvienos jungties sklaidos kompensavimo. Sumažėja fizinė įranga, supaprastinamas tinklo projektavimas, sumažėja eksploatavimo išlaidos.

Kaip nuosekli optika suteikia daugiau duomenų

Talpos pranašumasdarni optinė komunikacijapriklauso nuo to, kiek bitų turi kiekvienas simbolis ir kaip efektyviai naudojamas turimas optinis spektras.

Naudojant tradicinį įjungimo{0}}išjungimo klavišą (OK), kiekvienas simbolis turi tiksliai vieną bitą. Pirmasis plačiai pritaikytas koherentinio formato-dvigubas-poliarizacijos kvadratinės fazės poslinkio raktas (DP-QPSK)-koduoja keturis bitus vienam simboliui, ty keturis kartus daugiau nei ta pati sparta. Didesni -tvarkos formatai stumia toliau: 16QAM perduoda 8 bitus vienam simboliui, o 64QAM – 12. Kompromisas yra tas, kad tankesniems formatams reikalingas švaresnis signalas (didesnis optinio signalo-ir{13}}triukšmo santykis) ir veikia trumpesniais atstumais, todėl operatoriai pasirenka formatą, kuris geriausiai atitinka kiekvienos nuorodos ilgį.

Spektrinis efektyvumas

Spektrinis efektyvumas-naudojamų duomenų pralaidumas optinio spektro vienetui-yra kita svarbi metrika. Ankstyvosios 10G tiesioginio-aptikimo sistemos pasiekė maždaug 0,2 bito per sekundę per hercą. Šiuolaikinės nuoseklios sistemos paprastai viršija 5–6 b/s/Hz, o tai reiškia, kad ta pati šviesolaidžio ir stiprintuvo infrastruktūra gali perduoti 25–30 kartų daugiau duomenų. Tankiojo bangos ilgio padalijimo tankinimo (DWDM) sistemoje, kurioje yra 80 ar daugiau kanalų, viena pluošto pora gali pasiekti dešimtis terabitų per sekundę bendros talpos.

Nuoselūs optiniai moduliai: kas yra viduje

A koherentinis optinis siųstuvas-imtuvasyra savarankiškas{0}}modulis, jungiamas prie tinklo jungiklio arba maršruto parinktuvo. Vienoje pusėje yra optinė sąsaja, jungianti prie šviesolaidžio; kitas turi elektrinę sąsają, jungiančią prie pagrindinės sistemos duomenų plokštumos. Viduje pagrindiniai komponentai yra derinamas lazeris, optinis moduliatorius, koherentinis imtuvas su vietiniu generatoriumi ir DSP lustas, kuris tvarko moduliaciją, demoduliaciją, pažeidimo kompensavimą ir FEC.

Per pastarąjį dešimtmetį šie komponentai buvo nuolat miniatiūrizuoti į vis mažesniusnuoseklus prijungiamasformos veiksniai. Ankstyvosios nuoseklios linijos kortelės užėmė visus važiuoklės lizdus. Šiandienoskoherentiniai siųstuvai-imtuvainaudokite standartines sąsajas, pvz., QSFP-DD ir OSFP-, pakankamai kompaktiškas, kad būtų galima prijungti tiesiai prie kelvedžio priekinių skydelių esant dideliam prievadų tankiui. Pavyzdžiui, vienas QSFP-DD koherentinis modulis užtikrina iki 400 G pralaidumą vienu bangos ilgiu. Naujos-kartos OSFP moduliai skirti 800G ir daugiau.

Standartizacija buvo labai svarbi šiai raidai. Optinio tinklo darbo forumas (OIF) apibrėžia suderinamų prijungiamų modulių suderinamumo sutartis, o IEEE 802.3ct standartas nurodo, kaip 400G nuoseklūs bangos ilgiai susijungia su Ethernet. Šie standartai leidžia operatoriams tame pačiame tinkle maišyti skirtingų tiekėjų modulius.

Koherentinės optikos taikymas

Duomenų centro sujungimas

„Hyperscale“ debesų ir dirbtinio intelekto operatoriai sujungia savo duomenų centrus nuo kelių kilometrų iki daugiau nei 120 km atstumu. Standartizuotas 400G ZR/ZR+nuoseklus prijungiamasmoduliai telpa tiesiai į maršrutizatoriaus prievadus, todėl nebereikia atskirų optinio perdavimo platformų ir supaprastinamas didelio masto{0}}diegimas ir operacijos.

Telekomunikacijų stuburas: metro į tolimą{0}}

Vežėjai pasitikidarni optinė komunikacijavisose pakopos{0}}metro jungtyse tarp centrinių biurų, regioninių jungčių, apimančių šimtus kilometrų, ir tarpkontinentinių tolimųjų{1}}maršrutų. Kadangi 5G tinklo tankinimas skatina augantį atgalinio ryšio pralaidumo poreikį, kompaktiškaskoherentiniai siųstuvai-imtuvaitaip pat randa kelią į ląstelių{0}}svetainių kaupimą.

Povandeniniai kabeliai

Tarpžemyniniai duomenys keliauja per povandenines šviesolaidines sistemas, kurioms reikalingas ypatingas pasiekiamumas, didžiausias pluošto poros pajėgumas ir didelis patikimumas aplinkoje, kurioje remontas yra nepaprastai brangus{0}}reikalavimas, kad tikkoherentinė optikagali patenkinti vienu metu.

Coherent Optics, PAM4 ir DWDM

Nuoseklus prieš PAM4: papildo, nekonkuruoja

PAM4 (4-lygio impulsų amplitudės moduliacija) dominuoja trumpo-pasiekimo ryšiuose duomenų centruose-paprasta, maža-galia ir ekonomiška-. Jis koduoja du bitus vienam simboliui naudodamas keturis ryškumo lygius, tačiau be įmontuoto sklaidos kompensavimo, praktiškai pasiekiama maždaug 10–30 km.Darni optinė komunikacijasiekia šimtus ar net tūkstančius kilometrų, o tai kainuoja didesnės galios ir didesnio sudėtingumo kaina. Aiškus darbo pasidalijimas: PAM4 trumpoms-atstumo nuorodoms, nuoseklus viskam ilgiau. Kadangi nuoseklūs prijungiami įrenginiai tampa mažesni ir efektyvesni-galia, riba tarp jų ir toliau slenka į vidų.

Nuosekli DWDM: veikia nuosekli optika

Tankus bangos ilgio dalijimosi tankinimas (DWDM) vienu pluoštu vienu metu siunčia dešimtis bangos ilgių, kurių kiekvienas turi savo duomenų srautą.koherentiniai optiniai siųstuvai-imtuvainustatyti, kiek duomenų neša kiekvienas bangos ilgis. AnuoseklusDWDMsistema, dvi technologijos papildo viena kitą: DWDM teikia kanalus,darni moduliacijajuos užpildo. Kai koherentiniuose moduliuose naudojami derinami lazeriai, perdavimo bangos ilgį galima nustatyti bet kuriam DWDM tinklelio kanalui, todėl operatoriai gali lanksčiai nukreipti ir perkonfigūruoti pajėgumus visame tinkle.

„Coherent Optics“ 2026 m. ir vėliau

Nuo Backbone iki Metro ir Edge

Iki 2026 m.koherentiniai optiniai siųstuvai-imtuvaisparčiai plečiasi nuo tolimųjų -atstumų perdavimo į metro tinklus, duomenų centrų sujungimą (DCI) ir kraštų skaičiavimą,-kurią skatina 5G-Išplėstas srauto augimas, paskirstytas dirbtinio intelekto darbo krūvis ir didėjantys įmonės pralaidumo poreikiai.

800G ZR/ZR+nuoseklus prijungiamasmoduliai dabar atlieka dvigubą funkciją: jie apima tolimus{0}}atstumus, viršijančius 1 700 km, taip pat sumažina bito kainą 40–120 km metro linijose. Tuo tarpu didelės-galios 100G nuoseklūs moduliai keičia metro tinklo dizainą-sustiprinta perdavimo išvestis kartu su mažo-pralaidumo šviesolaidžiu suteikia galimybę nestiprinti transliaciją daugiau nei 120 km atstumu, pašalinant tarpinius stiprintuvus ir sumažinant statybos{11}}ir eksploatavimo išlaidas.

Kraštų skaičiavimas pagreitina šį poslinkį. AI išvadoms judant link paskirstytų mazgų, ryšiams tarp pagrindinių duomenų centrų ir kraštinių svetainių reikia pralaidumo, kurio PAM4 negali perduoti tokiais atstumais. Kompaktiškas, mažai{3}}galioskoherentiniai siųstuvai-imtuvaitampa natūraliu šių nuorodų elementu.

Pramonės pagreitis

Numatoma, kad 800G nuoseklių modulių siuntos išaugs nuo mažiau nei 5 % bendros darnios apimties 2025 m. iki maždaug 30 % iki 2026 m. pabaigos, visų pirma dėl Šiaurės Amerikos vežėjų ir didelio masto DCI paklausos. 2026 m. OFC parodoje OIF pademonstravo 400 ZR ir 800 ZR prijungiamų modulių kelių-tiekėjų sąveiką{10}}, patvirtindama, kad ekosistema palaiko didelio-masto, tiekėjo-neutralų diegimą.

Žvelgiant į ateitį, 1,6 terabito -per-sek. nuoseklios sistemos kuriamos naujos-kartos DSP siliciui. Trajektorija yra nuosekli: greitesnis, mažesnis, mažesnės galios{5}}ilgėjimaskoherentinė optikanuo tinklo šerdies iki pat tinklo krašto.