Berikut ini adalah analisis dari empat dimensi: prinsip teknis, arsitektur sistem, skenario aplikasi dan kemajuan mutakhir:
1. Prinsip teknis: landasan kemampuan multiplexing dan anti-interferensi polarisasi
Efek birefringence dan mekanisme pemeliharaan polarisasi
Serat yang meraih polarisasi memperkenalkan efek birefringence yang kuat melalui desain struktur geometris (seperti jenis panda dan tipe dasi kupu-kupu), sehingga konstanta perambatan dari dua keadaan polarisasi ortogonal berbeda secara signifikan (panjang ketukan dapat sesingkat beberapa milimeter). Desain ini dapat mengunci keadaan polarisasi dari sinyal optik dalam sumbu tertentu dan menekan kopling mode polarisasi yang disebabkan oleh gangguan seperti tegangan eksternal dan perubahan suhu. Sebagai contoh, serat moda-maintaining bidang mode Changfei (Diameter Mode 4μm) mencapai hilangnya splicing link tunggal kurang dari atau sama dengan 0. 22dB dengan mengoptimalkan struktur pandu gelombang, memenuhi persyaratan kopling silikon yang tinggi dari chip fotonik silikon dan modulator lithium niobate.
Dasar Fisik Teknologi Multiplexing Polarisasi
Dalam sistem 1.6T, multiplexing polarisasi (PDM) adalah cara inti untuk menggandakan efisiensi spektral. Serat yang perawatan polarisasi menggunakan sumbu birefringence yang stabil untuk memastikan bahwa sinyal dari dua keadaan polarisasi ortogonal (sumbu x/y) tidak saling mengganggu selama transmisi. Misalnya, sistem komunikasi optik koheren Huawei menggunakan modulasi EPDM-QPSK untuk memodulasi dua sinyal 100g independen untuk masing-masing negara polarisasi x/y. Setelah transmisi melalui serat yang menjaga polarisasi, ujung penerima menggunakan splitter balok polarisasi untuk mengembalikan sinyal asli.
Penindasan Dispersi Mode Polarisasi (PMD)
PMD serat optik biasa akan menyebabkan perubahan acak dalam keadaan polarisasi, membatasi laju transmisi. Serat yang pemeliharaan polarisasi mengurangi koefisien PMD menjadi di bawah ini 0. 0 1PS/√km (serat mode tunggal konvensional adalah sekitar 0,1ps/√km) melalui efek birefringence yang kuat, dengan reling-spring-long. Misalnya, di jaringan uji serat hollow-core 800g China Mobile di Shenzhen-Dongguan, toleransi PMD meningkat 3 kali melalui kolaborasi teknologi serat yang menjaga polarisasi dan DSP.
2. Arsitektur Sistem: Adaptasi proses penuh dari perangkat ke tautan
Desain Kooperatif Modul Optik dan Serat yang Menahan Polarisasi
Teknologi Integrasi Silikon Fotonik: Mesin optik hibrida berbasis silikon Yilanwei mengadopsi integrasi heterogen silikon nitrida dan lithium niobate tipis, dan mencapai kopling rendah-rendah (kehilangan kesuburan, kurang dari atau sama dengan {{0. 3db) melalui politulasi.
Chip DSP Daya Rendah: Modul 1.6T OSFP224 DR8 Accelink dilengkapi dengan chip DSP 3NM. Setelah sinyal yang ditransmisikan melalui serat yang dicatat polarisasi diproses oleh DSP, laju kesalahan bit dapat dikontrol di bawah 1e -15, memenuhi persyaratan ketat dari cluster pelatihan AI.
Optimalisasi anti-interferensi dari tautan serat optik
Performa Bending: Serat Polarisasi Tendangan R5mm Changfei yang tahan terhadap tikungan memiliki kerugian tambahan makro<0.1dB under 10 turns of 5mm bending radius, which is suitable for high-density wiring in data centers.
Stabilitas suhu: Koefisien ekspansi termal dari serat yang memelihara polarisasi cocok dengan bahan pelapis, dan fluktuasi rasio kepunahan polarisasi kurang dari 1dB dalam kisaran derajat -40 ~ {+85, memastikan stabilitas kabel bawah tanah antarbenua.
Aplikasi komplementer dengan serat hollow-core
Pada tahap ketika serat hollow-core belum sepenuhnya matang, serat yang memelihara polarisasi masih merupakan pilihan utama untuk sistem 1.6T. Sebagai contoh, G.654. China Mobile serat ultra-rendah yang dikombinasikan dengan jumper yang menjaga polarisasi telah mencapai kapasitas 80T serat tunggal antara delapan node hub, memberikan dukungan lapisan fisik yang andal untuk sistem 1.6T.
3. Skenario aplikasi: Cakupan penuh dari pusat data ke jaringan backbone
Interkoneksi internal di pusat data
Skenario jarak pendek: Serat yang memelihara polarisasi yang dikombinasikan dengan modul optik VCSEL dapat memperpanjang jarak transmisi 400g dari 30m ke 1 km, memenuhi persyaratan interkoneksi dengan kepadatan tinggi antara bangunan komputer di pusat komputasi yang cerdas.
Pendinginan cair: Resistensi suhu serat yang perampasan polarisasi mendukung larutan pendingin cairan yang sepenuhnya direndam. Pada efisiensi energi PUE kurang dari atau sama dengan 1,05, satu kabinet dapat mendukung beban disipasi panas 200kW.
Transmisi jaringan metro dan tulang punggung
Relai non-listrik jarak jauh: Karakteristik PMD rendah dari serat yang memelihara polarisasi yang dikombinasikan dengan algoritma kompensasi fase DSP dapat mencapai transmisi sinyal 1,6T gelombang tunggal lebih dari 1000 km pada G.654.e serat tanpa perlu stasiun relai listrik.
Ekspansi spektrum ultra-lebar: Serat yang memelihara polarisasi mendukung ekspansi ke pita E/S (1360 ~ 1530nm). Dikombinasikan dengan bandwidth teoretis 24thz dari serat hollow-core, transmisi skala ultra-besar dari 1,6T × 24 gelombang dalam satu serat dapat dicapai di masa depan.
Komunikasi Khusus dan Bidang Militer
Karakteristik interferensi anti-elektromagnetik dari serat yang memelihara polarisasi membuatnya tidak tergantikan dalam komunikasi militer seperti radar dan sonar. Misalnya, 155 0 nm radar laser angin koheren menggunakan tautan serat yang memelihara polarisasi, yang dapat mencapai akurasi pengukuran kecepatan angin 0,1m/s dalam lingkungan elektromagnetik yang kompleks.
4. Kemajuan Perbatasan: Inovasi Material dan Optimalisasi Level Sistem
Penelitian dan pengembangan serat yang memelihara polarisasi baru
Fotonik serat yang memelihara polarisasi kristal: Melalui desain array lubang udara, birefringence dapat ditingkatkan hingga urutan 10^-3, mendukung format modulasi tingkat tinggi (seperti 128qam).
Serat Penyiapan Polarisasi Fluoride: Mencapai kehilangan yang sangat rendah (<0.01dB/km) in the infrared band (2~5μm), providing a new path for astronomical observation and quantum communication.
Integrasi dengan teknologi AI
Kompensasi PMD Cerdas: Chip DSP 1.6T Credo mengintegrasikan algoritma AI, yang dapat memantau keadaan polarisasi perubahan serat yang memelihara polarisasi secara real time, secara dinamis menyesuaikan parameter kompensasi, dan mengurangi tingkat kesalahan bit sistem sebesar 50%.
Arsitektur Komputasi Optik: Serat pencegahan polarisasi yang dikombinasikan dengan chip neuron fotonik silikon dapat membangun jaringan saraf domain optik dan mencapai penalaran daya ultra-rendah dari 0. 6W/GBPS.
Kolaborasi Standardisasi dan Rantai Industri
China Communications Standards Association (CCSA) sedang merumuskan standar seperti "persyaratan teknis untuk serat yang meraih polarisasi" untuk mempromosikan standardisasi antarmuka antara serat yang menjaga polarisasi dan modul fotonik silikon dan modulator lithium niobate film tipis. Misalnya, Yilanwei's 45- derajat serat cembung telah mencapai fusi rendah-kehilangan dengan serat yang memelihara polarisasi (kehilangan <0. 1dB), meletakkan fondasi untuk produksi massal skala besar.
5. Tantangan dan tren masa depan
Hambatan biaya dan skala
Proses pembuatan serat yang memelihara polarisasi kompleks, dan biayanya 3 hingga 5 kali lipat dari serat mode tunggal biasa. Di masa depan, perlu untuk mengurangi biaya melalui teknologi seperti serat kristal fotonik dan otomatisasi gambar preform.
Persaingan dengan serat hollow-core
Efek nonlinier dari serat inti hollow sangat rendah, dan kapasitas transmisi teoritis lebih dari 10 kali lipat dari serat inti padat. Namun, masalah PMD serat hollow-core belum sepenuhnya diselesaikan, dan serat yang memelihara polarisasi masih akan mendominasi pasar 1.6T dalam jangka pendek.
Arah evolusi teknologi
Modulasi Ultra-High-Speed: Menggabungkan Laju Baud 200GBAUD dan 128QAM, kapasitas gelombang tunggal dapat melebihi 1.6T, dan serat yang memelihara polarisasi perlu lebih meningkatkan rasio kepunahan polarisasi (＞ 30dB).
Komunikasi kuantum: Status polarisasi stabilitas serat yang perampasan polarisasi dapat digunakan untuk distribusi kunci kuantum, dan di masa depan dapat dikombinasikan dengan teknologi relay kuantum untuk membangun jaringan komunikasi kuantum global.
Melalui jalur teknis di atas, serat yang memelihara polarisasi sedang meningkatkan dari "penjaga negara polarisasi" ke "enabler komunikasi berkecepatan tinggi", memberikan dukungan lapisan fisik yang solid untuk penyebaran komersial Ethernet 1.6T.
