कुछ समय पहले, झुहाई और मकाऊ के बीच हेंगकिन के संयुक्त विकास के लिए मध्य-वर्ष की उत्तर पुस्तिका धीरे-धीरे सामने आ रही थी। क्रॉस-बॉर्डर ऑप्टिकल फाइबर में से एक ने ध्यान आकर्षित किया। यह झुहाई और मकाऊ से होकर गुजरा, जिससे मकाऊ से हेंगकिन तक कंप्यूटिंग पावर इंटरकनेक्शन और संसाधन साझाकरण का एहसास हुआ और एक सूचना चैनल का निर्माण हुआ। शंघाई उच्च गुणवत्ता वाले आर्थिक विकास और निवासियों के लिए बेहतर संचार सेवाओं को सुनिश्चित करने के लिए "ऑप्टिकल इनटू कॉपर बैक" ऑल-फाइबर संचार नेटवर्क के उन्नयन और परिवर्तन परियोजना को भी बढ़ावा दे रहा है।
इंटरनेट प्रौद्योगिकी के तेजी से विकास के साथ, इंटरनेट ट्रैफ़िक के लिए उपयोगकर्ताओं की मांग दिन-प्रतिदिन बढ़ रही है, ऑप्टिकल फाइबर संचार की क्षमता में सुधार कैसे किया जाए, यह एक तत्काल समस्या बन गई है जिसे हल किया जाना चाहिए।
ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रौद्योगिकी के आगमन के बाद से, इसने विज्ञान और प्रौद्योगिकी तथा समाज के क्षेत्रों में बड़े बदलाव लाए हैं। लेजर प्रौद्योगिकी के एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग के रूप में, ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रौद्योगिकी द्वारा प्रस्तुत लेजर सूचना प्रौद्योगिकी ने आधुनिक संचार नेटवर्क की रूपरेखा तैयार की है और सूचना प्रसारण का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बन गई है। ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रौद्योगिकी वर्तमान इंटरनेट दुनिया की एक महत्वपूर्ण वाहक शक्ति है, और यह सूचना युग की मुख्य प्रौद्योगिकियों में से एक भी है।
इंटरनेट ऑफ थिंग्स, बिग डेटा, वर्चुअल रियलिटी, आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस (AI), पांचवीं पीढ़ी के मोबाइल संचार (5G) और अन्य तकनीकों जैसी विभिन्न उभरती हुई तकनीकों के निरंतर उभरने के साथ, सूचना विनिमय और प्रसारण पर उच्च मांग रखी गई है। 2019 में सिस्को द्वारा जारी किए गए शोध आंकड़ों के अनुसार, वैश्विक वार्षिक आईपी ट्रैफ़िक 2017 में 1.5ZB (1ZB = 1021B) से बढ़कर 2022 में 4.8ZB हो जाएगा, जिसमें 26% की वार्षिक वृद्धि दर होगी। उच्च ट्रैफ़िक की वृद्धि की प्रवृत्ति का सामना करते हुए, संचार नेटवर्क के सबसे रीढ़ वाले हिस्से के रूप में ऑप्टिकल फाइबर संचार को अपग्रेड करने का भारी दबाव है। उच्च गति, बड़ी क्षमता वाले ऑप्टिकल फाइबर संचार सिस्टम और नेटवर्क ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रौद्योगिकी की मुख्यधारा विकास दिशा होगी।
ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रौद्योगिकी का विकास इतिहास और अनुसंधान स्थिति
1958 में आर्थर शोलो और चार्ल्स टाउनेस द्वारा लेजर की कार्यविधि की खोज के बाद 1960 में पहला रूबी लेजर विकसित किया गया था। उसके बाद, 1970 में, कमरे के तापमान पर निरंतर संचालन में सक्षम पहला AlGaAs अर्धचालक लेजर सफलतापूर्वक विकसित किया गया, और 1977 में, अर्धचालक लेजर को व्यावहारिक वातावरण में हजारों घंटों तक लगातार काम करने योग्य बनाया गया।
अब तक, लेजर में वाणिज्यिक ऑप्टिकल फाइबर संचार के लिए आवश्यक शर्तें हैं। लेजर के आविष्कार की शुरुआत से ही, आविष्कारकों ने संचार के क्षेत्र में इसके महत्वपूर्ण संभावित अनुप्रयोग को पहचान लिया था। हालाँकि, लेजर संचार तकनीक में दो स्पष्ट कमियाँ हैं: एक यह है कि लेजर बीम के विचलन के कारण बड़ी मात्रा में ऊर्जा खो जाएगी; दूसरा यह है कि यह अनुप्रयोग वातावरण से बहुत प्रभावित होता है, जैसे कि वायुमंडलीय वातावरण में अनुप्रयोग मौसम की स्थिति में परिवर्तन के अधीन होगा। इसलिए, लेजर संचार के लिए, एक उपयुक्त ऑप्टिकल वेवगाइड बहुत महत्वपूर्ण है।
भौतिकी में नोबेल पुरस्कार विजेता डॉ. काओ कुंग द्वारा प्रस्तावित संचार के लिए उपयोग किए जाने वाले ऑप्टिकल फाइबर, वेवगाइड के लिए लेजर संचार प्रौद्योगिकी की जरूरतों को पूरा करते हैं। उन्होंने प्रस्तावित किया कि ग्लास ऑप्टिकल फाइबर का रेले स्कैटरिंग नुकसान बहुत कम (20 डीबी / किमी से कम) हो सकता है, और ऑप्टिकल फाइबर में बिजली का नुकसान मुख्य रूप से ग्लास सामग्री में अशुद्धियों द्वारा प्रकाश के अवशोषण से होता है, इसलिए सामग्री शुद्धिकरण ऑप्टिकल फाइबर के नुकसान को कम करने की कुंजी है, और यह भी बताया कि अच्छे संचार प्रदर्शन को बनाए रखने के लिए सिंगल-मोड ट्रांसमिशन महत्वपूर्ण है।
1970 में, कॉर्निंग ग्लास कंपनी ने डॉ. काओ के शुद्धिकरण सुझाव के अनुसार लगभग 20dB/km की हानि के साथ क्वार्ट्ज-आधारित मल्टीमोड ऑप्टिकल फाइबर विकसित किया, जिससे ऑप्टिकल फाइबर संचार संचरण मीडिया के लिए एक वास्तविकता बन गया। निरंतर अनुसंधान और विकास के बाद, क्वार्ट्ज-आधारित ऑप्टिकल फाइबर का नुकसान सैद्धांतिक सीमा के करीब पहुंच गया। अब तक, ऑप्टिकल फाइबर संचार की शर्तें पूरी तरह से संतुष्ट हैं।
प्रारंभिक ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणालियों ने प्रत्यक्ष पता लगाने की प्राप्ति विधि को अपनाया। यह अपेक्षाकृत सरल ऑप्टिकल फाइबर संचार विधि है। पीडी एक वर्ग कानून डिटेक्टर है, और केवल ऑप्टिकल सिग्नल की तीव्रता का पता लगाया जा सकता है। यह प्रत्यक्ष पता लगाने की प्राप्ति विधि 1970 के दशक में ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रौद्योगिकी की पहली पीढ़ी से 1990 के दशक की शुरुआत तक जारी रही है।
बैंडविड्थ के भीतर स्पेक्ट्रम उपयोग को बढ़ाने के लिए, हमें दो पहलुओं से शुरू करने की आवश्यकता है: एक है शैनन सीमा तक पहुंचने के लिए प्रौद्योगिकी का उपयोग करना, लेकिन स्पेक्ट्रम दक्षता में वृद्धि ने दूरसंचार-से-शोर अनुपात की आवश्यकताओं को बढ़ा दिया है, जिससे संचरण दूरी कम हो गई है; दूसरा चरण का पूर्ण उपयोग करना है, ध्रुवीकरण राज्य की सूचना वहन क्षमता का उपयोग संचरण के लिए किया जाता है, जो दूसरी पीढ़ी का सुसंगत ऑप्टिकल संचार प्रणाली है।
दूसरी पीढ़ी के सुसंगत ऑप्टिकल संचार प्रणाली इंट्राडाइन का पता लगाने के लिए एक ऑप्टिकल मिक्सर का उपयोग करती है, और ध्रुवीकरण विविधता रिसेप्शन को अपनाती है, अर्थात, प्राप्त करने वाले छोर पर, सिग्नल लाइट और स्थानीय ऑसिलेटर लाइट को प्रकाश की दो किरणों में विघटित किया जाता है, जिनकी ध्रुवीकरण अवस्थाएँ एक दूसरे के लिए ऑर्थोगोनल होती हैं। इस तरह, ध्रुवीकरण-असंवेदनशील रिसेप्शन प्राप्त किया जा सकता है। इसके अलावा, यह बताया जाना चाहिए कि इस समय, आवृत्ति ट्रैकिंग, वाहक चरण पुनर्प्राप्ति, समीकरण, तुल्यकालन, ध्रुवीकरण ट्रैकिंग और डिमल्टीप्लेक्सिंग सभी को डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग (डीएसपी) तकनीक द्वारा पूरा किया जा सकता है, जो रिसीवर के हार्डवेयर डिज़ाइन को बहुत सरल बनाता है। , और सिग्नल रिकवरी क्षमता में सुधार हुआ।
ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रौद्योगिकी के विकास के समक्ष कुछ चुनौतियाँ और विचार
विभिन्न तकनीकों के अनुप्रयोग के माध्यम से, अकादमिक हलकों और उद्योग ने मूल रूप से ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणाली की वर्णक्रमीय दक्षता की सीमा तक पहुँच लिया है। संचरण क्षमता को बढ़ाने के लिए, इसे केवल सिस्टम बैंडविड्थ बी (रैखिक रूप से बढ़ती क्षमता) को बढ़ाकर या सिग्नल-टू-शोर अनुपात को बढ़ाकर प्राप्त किया जा सकता है। विशिष्ट चर्चा इस प्रकार है।
1. संचार शक्ति बढ़ाने का समाधान
चूंकि उच्च-शक्ति संचरण के कारण होने वाले गैर-रेखीय प्रभाव को फाइबर क्रॉस-सेक्शन के प्रभावी क्षेत्र को ठीक से बढ़ाकर कम किया जा सकता है, इसलिए ट्रांसमिशन के लिए सिंगल-मोड फाइबर के बजाय कुछ-मोड फाइबर का उपयोग करना शक्ति बढ़ाने का एक समाधान है। इसके अलावा, गैर-रेखीय प्रभावों के लिए वर्तमान सबसे आम समाधान डिजिटल बैकप्रोपेगेशन (DBP) एल्गोरिदम का उपयोग करना है, लेकिन एल्गोरिदम के प्रदर्शन में सुधार से कम्प्यूटेशनल जटिलता में वृद्धि होगी। हाल ही में, गैर-रेखीय मुआवजे में मशीन लर्निंग तकनीक के अनुसंधान ने एक अच्छी अनुप्रयोग संभावना दिखाई है, जो एल्गोरिदम की जटिलता को बहुत कम कर देती है, इसलिए भविष्य में DBP सिस्टम के डिजाइन को मशीन लर्निंग द्वारा सहायता प्रदान की जा सकती है।
2. ऑप्टिकल एम्पलीफायर की बैंडविड्थ बढ़ाएँ
बैंडविड्थ बढ़ाने से EDFA की आवृत्ति रेंज की सीमा को तोड़ा जा सकता है। सी-बैंड और एल-बैंड के अलावा, एस-बैंड को भी एप्लीकेशन रेंज में शामिल किया जा सकता है, और प्रवर्धन के लिए SOA या रमन एम्पलीफायर का इस्तेमाल किया जा सकता है। हालाँकि, मौजूदा ऑप्टिकल फाइबर में एस-बैंड के अलावा अन्य आवृत्ति बैंड में बड़ा नुकसान होता है, और ट्रांसमिशन लॉस को कम करने के लिए एक नए प्रकार के ऑप्टिकल फाइबर को डिज़ाइन करना आवश्यक है। लेकिन बाकी बैंड के लिए, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध ऑप्टिकल एम्पलीफिकेशन तकनीक भी एक चुनौती है।
3. कम संचरण हानि वाले ऑप्टिकल फाइबर पर अनुसंधान
कम संचरण हानि वाले फाइबर पर शोध इस क्षेत्र में सबसे महत्वपूर्ण मुद्दों में से एक है। खोखले कोर फाइबर (HCF) में कम संचरण हानि की संभावना है, जो फाइबर ट्रांसमिशन के समय में देरी को कम करेगा और फाइबर की नॉनलाइनियर समस्या को काफी हद तक खत्म कर सकता है।
4. अंतरिक्ष विभाजन मल्टीप्लेक्सिंग से संबंधित प्रौद्योगिकियों पर अनुसंधान
स्पेस-डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग तकनीक एकल फाइबर की क्षमता बढ़ाने के लिए एक प्रभावी समाधान है। विशेष रूप से, ट्रांसमिशन के लिए मल्टी-कोर ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग किया जाता है, और एकल फाइबर की क्षमता दोगुनी हो जाती है। इस संबंध में मुख्य मुद्दा यह है कि क्या उच्च दक्षता वाला ऑप्टिकल एम्पलीफायर है। , अन्यथा यह केवल कई सिंगल-कोर ऑप्टिकल फाइबर के बराबर हो सकता है; रैखिक ध्रुवीकरण मोड सहित मोड-डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग तकनीक का उपयोग करना, चरण विलक्षणता पर आधारित ओएएम बीम और ध्रुवीकरण विलक्षणता पर आधारित बेलनाकार वेक्टर बीम, ऐसी तकनीक हो सकती है बीम मल्टीप्लेक्सिंग स्वतंत्रता की एक नई डिग्री प्रदान करता है और ऑप्टिकल संचार प्रणालियों की क्षमता में सुधार करता है। इसमें ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रौद्योगिकी में व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं हैं, लेकिन संबंधित ऑप्टिकल एम्पलीफायरों पर शोध भी एक चुनौती है।
ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रौद्योगिकी के विकास की संभावनाएं
ऑप्टिकल फाइबर संचार तकनीक प्रारंभिक कम गति संचरण से वर्तमान उच्च गति संचरण तक विकसित हुई है, और सूचना समाज का समर्थन करने वाली रीढ़ की हड्डी प्रौद्योगिकियों में से एक बन गई है, और एक विशाल अनुशासन और सामाजिक क्षेत्र का गठन किया है। भविष्य में, जैसे-जैसे समाज की सूचना प्रसारण की मांग बढ़ती जा रही है, ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणाली और नेटवर्क प्रौद्योगिकियां अल्ट्रा-बड़ी क्षमता, बुद्धिमत्ता और एकीकरण की ओर विकसित होंगी। ट्रांसमिशन प्रदर्शन में सुधार करते हुए, वे लागत को कम करना जारी रखेंगे और लोगों की आजीविका की सेवा करेंगे और देश को सूचना निर्माण में मदद करेंगे। समाज एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। CeiTa ने कई प्राकृतिक आपदा संगठनों के साथ सहयोग किया है, जो भूकंप, बाढ़ और सुनामी जैसी क्षेत्रीय सुरक्षा चेतावनियों की भविष्यवाणी कर सकते हैं। इसे केवल CeiTa के ONU से कनेक्ट करने की आवश्यकता है। जब कोई प्राकृतिक आपदा होती है, तो भूकंप स्टेशन एक प्रारंभिक चेतावनी जारी करेगा। ONU अलर्ट के तहत टर्मिनल को सिंक्रोनाइज़ किया जाएगा।
(1) बुद्धिमान ऑप्टिकल नेटवर्क
वायरलेस संचार प्रणाली की तुलना में, बुद्धिमान ऑप्टिकल नेटवर्क की ऑप्टिकल संचार प्रणाली और नेटवर्क अभी भी नेटवर्क कॉन्फ़िगरेशन, नेटवर्क रखरखाव और दोष निदान के मामले में प्रारंभिक चरण में हैं, और बुद्धिमत्ता की डिग्री अपर्याप्त है। एकल फाइबर की विशाल क्षमता के कारण, किसी भी फाइबर की विफलता की घटना का अर्थव्यवस्था और समाज पर बहुत प्रभाव पड़ेगा। इसलिए, भविष्य के बुद्धिमान नेटवर्क के विकास के लिए नेटवर्क मापदंडों की निगरानी बहुत महत्वपूर्ण है। भविष्य में इस पहलू पर जिन शोध दिशाओं पर ध्यान देने की आवश्यकता है, उनमें शामिल हैं: सरलीकृत सुसंगत तकनीक और मशीन लर्निंग पर आधारित सिस्टम पैरामीटर मॉनिटरिंग सिस्टम, सुसंगत सिग्नल विश्लेषण और चरण-संवेदनशील ऑप्टिकल टाइम-डोमेन प्रतिबिंब पर आधारित भौतिक मात्रा निगरानी तकनीक।
(2) एकीकृत प्रौद्योगिकी और प्रणाली
डिवाइस एकीकरण का मुख्य उद्देश्य लागत को कम करना है। ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रौद्योगिकी में, निरंतर सिग्नल पुनर्जनन के माध्यम से संकेतों के कम दूरी के उच्च गति संचरण को महसूस किया जा सकता है। हालांकि, चरण और ध्रुवीकरण स्थिति वसूली की समस्याओं के कारण, सुसंगत प्रणालियों का एकीकरण अभी भी अपेक्षाकृत कठिन है। इसके अलावा, यदि बड़े पैमाने पर एकीकृत ऑप्टिकल-इलेक्ट्रिकल-ऑप्टिकल सिस्टम को महसूस किया जा सकता है, तो सिस्टम क्षमता में भी काफी सुधार होगा। हालांकि, कम तकनीकी दक्षता, उच्च जटिलता और एकीकरण में कठिनाई जैसे कारकों के कारण, ऑप्टिकल संचार के क्षेत्र में ऑल-ऑप्टिकल 2R (पुनः प्रवर्धन, पुनः आकार देना), 3R (पुनः प्रवर्धन, पुनः समय निर्धारण और पुनः आकार देना) जैसे सभी-ऑप्टिकल सिग्नल को व्यापक रूप से बढ़ावा देना असंभव है। प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी। इसलिए, एकीकरण प्रौद्योगिकी और प्रणालियों के संदर्भ में, भविष्य के अनुसंधान निर्देश इस प्रकार हैं: हालांकि अंतरिक्ष विभाजन मल्टीप्लेक्सिंग सिस्टम पर मौजूदा शोध अपेक्षाकृत समृद्ध है, अंतरिक्ष विभाजन मल्टीप्लेक्सिंग सिस्टम के प्रमुख घटकों ने अभी तक शिक्षा और उद्योग में तकनीकी सफलता हासिल नहीं की है, और इसे और मजबूत करने की आवश्यकता है। एकीकृत लेजर और मॉड्यूलेटर, दो आयामी एकीकृत रिसीवर, उच्च ऊर्जा दक्षता एकीकृत ऑप्टिकल एम्पलीफायरों आदि जैसे अनुसंधान; नए प्रकार के ऑप्टिकल फाइबर सिस्टम बैंडविड्थ का काफी विस्तार कर सकते हैं, लेकिन यह सुनिश्चित करने के लिए कि उनके व्यापक प्रदर्शन और विनिर्माण प्रक्रियाएं मौजूदा एकल तक पहुंच सकती हैं, आगे अनुसंधान की आवश्यकता है मोड फाइबर का स्तर; विभिन्न उपकरणों का अध्ययन करें जिन्हें संचार लिंक में नए फाइबर के साथ उपयोग किया जा सकता है।
(3) ऑप्टिकल संचार उपकरण
ऑप्टिकल संचार उपकरणों में, सिलिकॉन फोटोनिक उपकरणों के अनुसंधान और विकास ने प्रारंभिक परिणाम प्राप्त किए हैं। हालाँकि, वर्तमान में, घरेलू संबंधित अनुसंधान मुख्य रूप से निष्क्रिय उपकरणों पर आधारित है, और सक्रिय उपकरणों पर अनुसंधान अपेक्षाकृत कमजोर है। ऑप्टिकल संचार उपकरणों के संदर्भ में, भविष्य के अनुसंधान दिशाओं में शामिल हैं: सक्रिय उपकरणों और सिलिकॉन ऑप्टिकल उपकरणों का एकीकरण अनुसंधान; गैर-सिलिकॉन ऑप्टिकल उपकरणों की एकीकरण तकनीक पर अनुसंधान, जैसे कि III-V सामग्री और सब्सट्रेट की एकीकरण तकनीक पर अनुसंधान; नए उपकरण अनुसंधान और विकास का आगे विकास। अनुवर्ती, जैसे कि उच्च गति और कम बिजली की खपत के फायदे के साथ एकीकृत लिथियम नियोबेट ऑप्टिकल वेवगाइड।
पोस्ट करने का समय: अगस्त-03-2023
