Global internet trafiği, üst düzeye kadar video, bulut bilişimi, Nesnelerin İnterneti (IoT) ve yapay zekaya devam ediyor. Fiber optik ağ, modern iletişimin arka kemiği, her zaman yüksek kapasiteye sahip olmak için muazzam bir baskı altında. ”Polonya Multixing (WDM) ve Polarizasyon Bölümü Multixing (PDM) zaten temel sınırlarına yakındı. Yeni bir boyuta geçiş yapmak için araştırmacılar ve mühendisler yeni bir boyuta dönüyorlar.
Mode Division Multixing Nedir?
Mode Division multiplexing, optik fiber tarafından desteklenen farklı uzaysal modları bağımsız bir veri kanalları olarak kullanan bir tekniktir. standart bir tek mod fiber (SMF), sadece temel modu (LP01) propagates. ancak, özellikle tasarlanmış bir şekilde tasarlanmış 0:0))[x-mode fiberler (FMFs) veya çoklu mod fiberler (MMF) tek bir fiberler içinde paralel olarak paralel olarak, her modda benzersiz bir yoğunluk ve faz dağılımı vardır.
Bu yaklaşım temel olarak WDM. WDM, yüksek çözünürlükte 100 bağımsız veri kanalıyla sinyalleri birbirinden ayırmaktadır. MDM, uzaysal yapı ile ilgili sinyalleri birbirinden ayırır.[Döneticileri kopyalayabilirler.)[Döneticileri kullanarak, 10 WDM kanalları ve 10 uzaysal modları kullanarak, ortak bir jölete gömülüdür.
Modes Fiziği Optik Fiber
MDM'yi anlamak için, ilk olarak dalga kılavuz modları anlamalıdır. Işık bir silindirik dielektrik dalga kılavuzu (düşük) ile sınırlıyken, sadece belirli elektrik alan dağıtımları sınır koşullarını karşılar.Bu ayrı çözümler modlar olarak adlandırılır.In zayıf yönlü rehberlik fiberler (önder ve cladding arasındaki fark küçük), modlar kabaca doğrulanmış durumda (LP01) ve LP21 sıralamaları ile karakterize edilir.
MDM için tasarlanmış tipik bir kaç mod fiberde, bazı çapraztalk kaçınılmaz olmasına rağmen (DSP) kullanılabilir diferansiyel grup gecikmesi ile ortaya çıkmak için optimize edilmelidir (DGD).
MDM Nasıl Çalışır: 1.den Satın Almak İçin
MDM'yi uygulamak, bağlantının her iki ucunda özel bileşenler gerektirir. Temel mimari aynalar standart bir tutarlı optik sistem ama birden çok uzaysal kanalla.
1.Bölüm: Gening and multiplexing Modes
Bu sinyallerin ardından her bir belirli bir modda ortaya çıkması gibi fibere de tıkılmıştır.Bu, birden çok x (D)[Dönder) ile elde edilir.
- [FONT:0)Fotoğraflar lanterns:[Dönetici: 0,4] Bir fotonik lantern adiabatically musluklayıcılar tek bir çift mod fiberleri (SMF) tek bir çift mod fibere karşılık gelir.Her SMF, FMF'nin belirli bir modunda karşılık gelir.
- [FONT:0] Free-space optiks with space light modlators (SLMs) veya faz plakaları:[Dönemli: 1) Kirişler istenen modu üretmek için hologramlar veya ikili faz elementlerini kullanarak şekillendirilir, sonra kirişler veya aynalar ile birlikte.Bu yaklaşım deneyler için esneklik sunar, ancak kabar.
- [FONT=0)Integrated silikon fotonik mod multiplexers:[Döneticileri kullanarak çipli cihazlar] On-çiz veya Y-junctions, birkaç mod dalga kılavuzunda seçici olarak modları seçebilir.Bu, miniaturizasyon ve ticari viability için önemli bir alandır.
Her veri kanalı, atanan modunda kodlanmıştır. DP-16QAM (Dual Polarizasyon 16-ary Quadrature Amplitude Modulation) genellikle ⁇ verimliliğini artırmak için kullanılır.
Translaksiyon: BirkaçMode Fiber
Birkaç mod fiber kendisi dikkatlice tasarlanmalıdır. Anahtar parametreler şunları içerir:
- [FONT:0]Number desteklenen modlar: Kapasite ve karmaşıklığı arasındaki ticaret. Daha fazla mod kapasiteyi arttırır, aynı zamanda haç ve DGD'yi arttırır.
- [DGD:0)Farklı modlar farklı uçları nedeniyle farklı kanallarda seyahat ederler.Bu, elektronik olarak telafi edilmesi gereken inter-modal dağıtıma neden olur (örneğin, düşük DGD (örneğin, düşük DGD) ile Fibers, alıcıyı basitleştirir.
- [FONT:0)Mode darbe: [Dönetici: [Dönetici: DSP, kablosuz iletişimde MIMO'ya benzer şekilde, darbe modulama olarak uzun süre boyunca sinyal kalitesi ile geçiş yapmak için enerjiye neden olur.
Uzun zamandır MDM sistemleri genellikle birkaç mod erbium-doped fiber yükselteçleri (FM-EDFAs) kullanarak periyodik amplifik amplifikasyonu da incelenmektedir.
Alıcı: Çok karmaşık ve MIMO Dijital Sinyal İşleme
Alıcıda, sinyal bireysel modlara geri ayrılmalıdır. Bu, aynı tip fotonik lantern ile yapılabilir ( tersine) veya ücretsiz uzay optikleri ile yapılır. Ancak, iletim sırasında mod darbesi nedeniyle, alınan sinyallerin karıştırılması gerekir.
Tipik bir MDM alıcısı bir MIMO eşitleyici tarafından yapılır. [Dönetici kanala ait elektrik sinyalleri (her biri de çok karmaşık bir şekilde üretilen) sayısal olarak yapılır ve MIMO DSP, yüksek modlarda (örneğin, kanalda) bir meydan okumadır.
DSP ayrıca kutuplaşma demultiplexing (her modda iki kutuplaşma olduğu için) ve taşıyıcı kurtarmayı da ele alır. Etkili bir şekilde MDM bağlantı bir MIMO kablosuz sistem gibi davranır, ancak bir fiber kanalı üzerinde.
Mode Division'ın Avantajları
MDM'nin birincil yararı, fiber kapasitede büyük bir artıştır. Laboratuvar deneylerinde MDM tek bir fiber üzerinde ikinci başına 1 Petabit'i kanıtlamıştır.
- [FONTT:0] Mevcut altyapıya sahip olan Leverages:[Döneticiler:[Dönler: 1) MDM mevcut yeni kablolar çekmeden ve yeni bir kaç mod fiber aynı rota boyunca monte edilebilir.
- [FONT:0) WDM ile uyumluluk: MDM, 100 WDM kanalları ve 10 modlu bir sistem 1000 kanala sahiptir. Bu, yüksek sınıf bağlantıları için doğal bir evrimdir.
- [FONT:0) Az önce, düşük enerji tüketimi için değerli: Fiber başına daha fazla veri aktararak MDM, transceivers ve yükselteçlerin sayısını azaltabilir ve enerjiyi biraz daha düşük, potansiyel olarak birçok tek mod fiberleri azaltmak için kıyaslanabilir.
- [FONT:0]Spectral verimlilik ölçeklendirme: MDM, mevcut zaman, dalga boyun ve kutuplaşma boyutlarına yeni bir özgürlük derecesi ekliyor.
- [FONT:0] Network design'te esneklik:) MDM, birden çok modların çok yüksek veri oranlarına taşınması için bir araya getirildiği "spatial süper kanallar" için kullanılabilir.
Meydanlar ve Hurdles
Sözcülüğe rağmen MDM, orta ölçekli dağıtımları orta ölçekli olarak engelledikleri birçok önemli teknik ve ticari zorlukla karşı karşıyadır.
Mode Coupling ve Crosstalk
Herhangi bir gerçek fiberde, modlar mükemmel veya sonsuza kadar mükemmel değildir. Bu, modlar arasında rastgele darbeye yol açar, çünkü MIMO DSP statik ve yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş
Diferansiyel Grup Gecikme
Düşük DGD fiberlerde bile, grup modlar arasındaki gecikme farkı on veya yüzlerce resimosaniye per kilometre başına keşfedilebilir. uzun mesafeler için, bu inter-modal dağıtım, DSP'de uzun hafıza filtreleri gerektiren, uzun hafıza filtreleri olmalıdır. Bu, geç kalmış ve güç tüketimi gibi tekniklere sahiptir.
Amplification
Birden fazla modları aynı anda haç veya eşitsiz kazanç sağlamak zor. Birkaç mod erbium-doped fiber yükselteçler (FM-EDFA) modları boyunca üniforma kazanmak için tasarlanmalıdır. Raman amplifikasyonu kullanılabilir ancak yüksek pompa gücü ve dikkatli kontrolü gerektirir.
Bitirme ve Maliyet
Mevcut bileşenler türü laboratuvar-gradları, genellikle ticari ağlara nüfuz etmek için MDM için, bir çip üzerinde birden fazla modları işlemek için. endüstri hala bu gelişmede erken.
Standartlaştırma
Birkaç mod fiber türleri, bağlantı arayüzleri veya transceiver özellikleri için yaygın olarak kabul edilen standartlar yoktur. Network operatörleri, ITU-T ve IEC tarafından yapılan standartlaştırma çabaları devam etmektedir, ancak yavaştır.
Son Araştırma ve Deneysel Milestones
2010'ların başlarından beri MDM optik iletişim araştırmalarında sıcak bir konu olmuştur. Anahtar kilometreler şunları içerir:
- [FONT:0)2011: [DFLT:1] MDM'nin ilk gösterisi MIMO DSP kullanarak 40 km üzerinde.
- [FONT:0)2015:[[Dönem: 0) Bell Labs (Nokia) MDM ile bir araya gelen 12core multicore fiber (önetici başına 2 mod) elde etti.
- [FONT:0)2018: [DFLT:1] Japonya'daki araştırmacılar, gelişmiş FM-EDFA'larla 1000 km üzerinde gösteriliyordu.
- [FONT:0)2021: [Dönetici: 1 ) 100 WDM kanalını kullanarak tek 10 mod fiber üzerinde rekor kapasiteye sahip (x 100 ⁇ × DP-16QAM)
- [FONT:0]2023: [Dönetici: 1] Bir ortak ekip (Tokyo, NTT) 100 nm genişliği kullanarak 13 km üzerinde 15mode fiber elde etti.
- [FONT:0)2024: [DGDDGD birkaç mod fiberleri, daha kısa erişim, daha düşük maliyetli uygulamalar için 6 mod ile odaklanmış durumda.
Ayrıca, MDM'yi veri merkezi ağları gibi kısa erişim uygulamaları için de aktif bir araştırma var, MIMO DSP'nin karmaşıklığı azaltılabilir çünkü mesafeler kısa (100m-10 km) ve fiber MDM için ilk ticari niş olabilir.
Future Outlook: MDM Headed nerede?
Kısa Süreli (1-3 yıl): Veri Merkezleri ve Metropolitan Ağları
MDM'nin büyük olasılıkla erken kabul edilmesi yüksek kapasiteli veri merkezi bağlantılarında olacaktır (DCIs). Bu bağlantılar tipik olarak kısa (few kilometre) ve büyük bant genişliği gerektirir. 800G ve 1.6T DCI uygulamaları için MDM transistimalleri geliştirir.
Orta-Dönemli (3-7 yıl): Uzun süreli Alt Deniz ve Terrestrial Networks
FM-EDFA'lar olgun ve MIMO DSP, denizaltı uygulamaları için standart bir kaç mod fiber haline gelir.Yeni yükleme sırasında son derece pahalı olan ve uzun yükseltme döngüleri (20+ yıl), MDM'den faydalanabilir. Japon ve Avrupa araştırma toplulukları, denizaltı uygulamaları için standart bir kaç mod fibere itiyor.Yeni kablolar geçiş sırasında tek modlu işlem için geri uyumlulukla 6-10 modları destekleyecektir.
Uzun Süreli (7+ yıl): Diğer Boyutlarla Bütünleşme
Bir fiberin nihai kapasitesi, mevcut tüm özgürlük derecelerini birleştirerek elde edilecektir: dalgalama (WDM), kutuplaşma (PDM), uzaysal modlar (MDM), ve birden fazla çekirdek (MCF) Bu genellikle adı altında bulunan 5D:0) Tam Spasal Bölünme Multixing). Araştırmacılar, temel olarak 7core MCF ve 3 modları gösterdiler, 21 uzaysal kanallarını elde edebilir.
Kuantum İletişim ve Sensing
MDM sadece klasik iletişim için değildir. Spatial modlar kuantum bilgileri taşıyabilir, yüksek boyutlu kuantum anahtar dağıtım (QKD) ek olarak MDM, çoklu veya uçsuz kanallara algılamak için dağıtabilir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Mode Division multiplexing, optik iletişim araştırmasının sınırında duruyor, yeni kablolar döşemeden mevcut fiber altyapı kapasitesini çoğaltmak için bir yol sunuyor. Birkaç mod fiber uzaysal modlarını kullanarak MDM, önümüzdeki on yıl içinde WDM ve diğer çokluxing teknikleri ile uyumlu olan veri iletimine yeni bir boyut katıyor. önemli teknik engellerken - genişletici, amplifik bir trafik planlaması ve maliyetle - fotonik entegrasyonunda sürekli ilerleme, MIMO DSP ve fiber tasarımı, MDM'nin önümüzdeki on yıl içinde gerçek dünya dağıtımını sağlayan veri iletimine geçişini gösteriyor.