معدلات بيانات الألياف الضوئية تصل إلى سرعة قياسية جديدة

ينبع نجاح الباحثين جزئيًا من استخدامهم المبتكر لمكبرات الصوت الضوئية لتعزيز الإشارات عبر نطاقات الاتصالات التي تستخدمها تكنولوجيا الألياف الضوئية التقليدية اليوم بشكل أقل تكرارًا. يقول بن بوتنام، كبير الباحثين في المعهد الوطني لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات (NICT) في كوجاني باليابان: “إن الأمر مجرد طيف أكثر، أكثر أو أقل”.

يقول بوتنام إن الباحثين قاموا ببناء مجموعة أجهزة الاتصالات الخاصة بهم من مكبرات الصوت الضوئية وغيرها من المعدات التي تم تطويرها جزئيًا بواسطة Nokia Bell Labs وشركة Amonics ومقرها هونج كونج. تشتمل التقنية المجمعة على ستة مكبرات صوت بصرية منفصلة يمكنها ضغط الإشارات الضوئية من خلال الأطوال الموجية للنطاق C – وهو نطاق الاتصالات الأساسي اليوم – بالإضافة إلى النطاقات L وS وE الأقل شعبية. (يوجد النطاق E في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة، بينما يقع النطاق S وC-band وL في ما يسمى بالأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي القصير.)

معًا، فإن الجمع بين النطاقات E وS وC وL يمكّن التكنولوجيا الجديدة من دفع سرعة مذهلة تبلغ 402 تيرابايت في الثانية (Tbps) عبر أنواع كابلات الألياف الضوئية الموجودة بالفعل في الأرض وتحت المحيطات. وهو أمر مثير للإعجاب بالمقارنة مع المنافسة.

يقول بوتنام: “إن أفضل الأنظمة التجارية في العالم تبلغ سرعتها 100 تيرابايت في الثانية”. “لذا فإننا نقوم بالفعل بعمل أفضل بنحو أربع مرات.” ثم، في وقت سابق من هذا العام، تفاخر فريق من الباحثين في جامعة أستون في برمنغهام بإنجلترا بما كان في ذلك الوقت رقمًا قياسيًا قدره 301 تيرابايت في الثانية باستخدام نفس التقنية التي استخدمها العمل الياباني البريطاني المشترك – بالإضافة إلى مشاركة عدد من الباحثين بين المجموعتين.

ويضيف بوتنام أنه إذا أراد المرء دفع كل شيء إلى أقصى حدوده، فلا يزال من الممكن ضغط المزيد من النطاق الترددي من الكابلات الموجودة – حتى باستخدام تقنية النطاق E، وS-band، وC-band، وL-band الحالية (ESCL للاختصار ).

“إذا قمت حقًا بدفع كل شيء، وإذا قمت بملء جميع الفجوات، وكان لديك كل قناة بأعلى جودة يمكنك ترتيبها، فمن المحتمل أن يكون هناك 600 قناة [Tbps] يقول بوتنام: “هو الحد المطلق”.

الوصول إلى 402 تيرابت في الثانية – أو 600

يشير الحرف “C” في النطاق C إلى “التقليدي” – والنطاق C هو نطاق الاتصالات التقليدي في الألياف الضوئية جزئيًا لأن الإشارات في هذه المنطقة من الطيف تواجه فقدانًا منخفضًا للإشارة من الألياف. يقول بوتنام: “يكون فقدان الألياف أعلى عندما تبتعد عن النطاق C في كلا الاتجاهين”.

على سبيل المثال، في جزء كبير من النطاق E، نفس الظاهرة التي تجعل السماء زرقاء وغروب الشمس باللونين الوردي والأحمر – تشتت رايلي – تجعل الألياف أقل شفافية لهذه المناطق من طيف الأشعة تحت الحمراء. وكما تتطلب الليلة الضبابية أحيانًا مصابيح ضباب، فإن التضخيم القوي للإشارات في النطاقات E وS وL يعد مكونات مهمة في مجموعة ESCL.

“إن أفضل الأنظمة التجارية في العالم تبلغ سرعتها 100 تيرابايت في الثانية. لقد قمنا بالفعل بعمل أفضل بنحو أربع مرات.” —بن بوتنام، NICT

غالبًا ما اعتمدت الجهود السابقة لزيادة عرض النطاق الترددي للألياف الضوئية على ما يسمى بمضخمات الألياف المخدرة (DFA) – حيث تدخل الإشارة الضوئية إلى امتداد معدل من الألياف المشابهة بأيون أرضي نادر مثل الإربيوم. عندما يتم تسليط مضخة ليزر على الألياف، يتم دفع العناصر المشابهة في الألياف إلى حالات طاقة أعلى. يسمح ذلك للفوتونات الصادرة من الإشارة الضوئية بالمرور عبر الألياف لتحفيز انبعاث محفز من العناصر المشابهة. والنتيجة هي إشارة أقوى (أي مضخمة) تخرج من امتداد ألياف DFA من تلك التي دخلت إليها.

البزموت هو المادة المفضلة للنطاق E. ولكن حتى DFAs البزموت لا تزال مجرد الخيار الأقل سوءًا لتعزيز إشارات النطاق الإلكتروني.وقد تكون في بعض الأحيان غير فعالة، مع معدلات ضوضاء أعلى، ونطاقات ترددية محدودة.