Cablurile din fibră optică constituie coloana vertebrală a comunicațiilor moderne, transportând date și apeluri telefonice în țări și sub oceane. Dar o cerere din ce în ce mai mare de date - de la filme în flux la căutări pe Internet - pune presiune asupra rețelei, deoarece există limite la cât de multe date pot fi împinse prin cabluri înainte ca semnalul să se degradeze, iar cablurile noi sunt costisitoare de construit.
Continut Asemanator
- Cercetătorii și-au dat seama în sfârșit despre modul în care se pot opri bateriile cu litiu de la arderea spontană
- FCC tocmai a votat pentru a păstra neutralitatea netă
Acum, o echipă de la Universitatea din California, San Diego, ar putea avea o soluție prin împrumutarea unei tehnici utilizate în alte domenii ca instrument de măsurare: pieptene de frecvență. Aceste dispozitive bazate pe laser au permis echipei să înlăture distorsiunile care ar apărea de obicei înainte ca semnalul să ajungă la capătul unui cablu. Cercetătorii au trimis date mai mult decât oricând înainte - 7.456 mile - fără a fi nevoie să impulsionăm semnalul pe parcurs.
Dacă tehnica lor experimentală se menține în lumea reală, cablurile din fibră optică ar avea nevoie de repere mai puține pentru a menține semnalele puternice. În plus, o stabilitate mai mare a semnalului într-un flux de date ar însemna că mai multe canale ar putea fi umplute într-o singură transmisie. În momentul de față, un compromis fundamental al fibrei optice este cu cât mai multe date doriți să transmiteți, cu atât este mai scurtă distanța pe care o puteți trimite.
Semnalele cu fibră optică sunt pur și simplu lumină codificată, fie generate de un laser, fie de un LED. Această lumină călătorește cablurile subțiri de sticlă, reflectându-și suprafețele interioare până când iese celălalt capăt. La fel ca emisiile radio, un fascicul laser va avea o anumită lățime de bandă, sau o gamă de frecvențe, pe care o acoperă, iar un cabl tipic de cablu cu fibră optică poate transporta mai mult de un canal de lățime de bandă.
Dar semnalele nu pot călători pentru totdeauna și pot fi decodate din cauza așa-numitelor efecte neliniare, în special efectul Kerr. Pentru ca fibra optică să funcționeze, lumina din interiorul fibrei trebuie să refracteze sau să se îndoaie, o anumită cantitate pe măsură ce circulă. Dar câmpurile electrice vor modifica cât de mult sticla îndoaie lumina, iar lumina în sine generează un câmp electric mic. Modificarea refracției înseamnă că există mici modificări în lungimea de undă a semnalului transmis. În plus, există mici nereguli în paharul fibrei, care nu este un reflector absolut perfect.
Micile lungimi de undă se schimbă, numite bruiaj, se adaugă și provoacă conversații între canale. Jitterul apare la întâmplare, deoarece o transmisie cu fibră optică poartă zeci de canale, iar efectul asupra fiecărui canal este puțin diferit. Deoarece efectul Kerr este non-liniar, matematic vorbind, dacă există mai mult de un canal nu îl puteți scăpa doar - calculul este mult mai complex și aproape imposibil pentru echipamentele de procesare a semnalului de azi. Acest lucru face ca zarva să fie greu de prevăzut și corectat.
„Ne-am dat seama că neclaritatea, mereu atât de ușoară, face ca totul să apară ca și cum nu este determinist”, spune Nikola Alic, un om de cercetare de la Institutul Qualcomm de la UCSD și unul dintre liderii activității experimentale.
În configurația actuală a fibrelor optice, frecvențele canalului trebuie să fie destul de departe, încât nu mai pot fi suprapuse și alte efecte sonore. De asemenea, deoarece jitterul crește odată cu distanța, adăugând mai multă putere la semnal nu amplifică decât zgomotul. Singura modalitate de a face față este să puneți pe cablu dispozitive costisitoare numite repetitoare pentru a regenera semnalul și a curăța zgomotul - un cablu transatlantic tipic are repetatoare instalate la fiecare 600 km sau mai mult, a spus Alic, și aveți nevoie de unul pentru fiecare canal. .
Cercetătorii UCSD s-au întrebat dacă pot găsi o modalitate de a face ca jitterul să pară mai puțin întâmplător. Dacă știau cât de mult se va schimba lungimea de undă a luminii din fiecare canal, atunci ar putea compensa atunci când semnalul a ajuns la un receptor. Acolo a venit pieptenele de frecvență. Alic spune că ideea i-a venit după ani de zile în care a lucrat în câmpuri conexe cu lumina. „A fost un moment de claritate”, spune el. Un pieptene de frecvență este un dispozitiv care generează lumină laser la o lungime de undă foarte specifică. Ieșirea arată ca un pieptene, cu fiecare „dinte” la o frecvență dată și fiecare frecvență un multiplu exact al celor adiacente. Fagurii sunt folosiți în construirea ceasurilor atomice, în astronomie și chiar în cercetarea medicală.
Alic și colegii săi au decis să afle ce se va întâmpla dacă ar folosi un pieptene de frecvență pentru a calibra semnalele de fibră optică de ieșire. Îi asemănă cu un dirijor care acordă o orchestră. „Gândiți-vă la conductor folosind o furculiță pentru a le spune tuturor care este mijlocul A”, spune el. Echipa a construit sisteme simplificate de fibră optică cu trei și cinci canale. Când au folosit pieptenele pentru a calibra lungimile de undă ale semnalului de ieșire, au găsit totuși zgomot, dar de data aceasta, toate canalele scârțâiau în același mod. Această regularitate a permis decodificarea semnalului și trimiterea la o distanță de înregistrare fără repetor. „Face ca procesul să fie determinativ”, spune Alic, a cărui echipă raportează rezultatele săptămânii acestea în știință .
Sethumadhavan Chandrasekhar, distins membru al personalului tehnic al companiei globale de telecomunicații Alcatel-Lucent, este unul dintre mulți oameni de știință care lucrează la o problemă a jitterului cu fibră optică de mai mulți ani. Lucrarea sa publicată implică transmiterea de semnale conjugate în fază - două semnale care sunt exact la 180 de grade în faza una cu cealaltă. Această configurare înseamnă că oricare dintre efectele neliniare care provoacă zgomot ar fi anulate.
Lucrarea UCSD este importantă, dar încă nu este o soluție completă, spune Chandrasekhar. „Ceea ce lipsește este că majoritatea sistemelor au acum polarizare duală”, spune el, ceea ce înseamnă că sistemele sporesc capacitatea prin trimiterea de semnale luminoase polarizate diferit. "Cele mai multe sisteme transmit astăzi informații în cele două stări de polarizare a luminii, iar echipa UCSD trebuie să demonstreze că tehnica lor funcționează la fel de bine în cadrul unui astfel de scenariu de transmisie", spune el.
Alic spune că următoarea serie de experimente a echipei va aborda acea problemă. Până în prezent, cred că această tehnică poate fi adaptată pentru utilizarea în lumea reală, deși va necesita construirea și implementarea de hardware nou, care va dura timp. Oricum ar fi, creșterea ariei de semnal va permite o acumulare mult mai agresivă, oferind mai multe date și o distanță mai mare, fără griji cu privire la pierderea semnalului. „Nu mai există niciun motiv să vă fie frică”, spune el.
