A seguir, é apresentada uma análise de quatro dimensões: princípios técnicos, arquitetura do sistema, cenários de aplicação e progresso de ponta:
1. Princípios técnicos: A pedra angular da multiplexação de polarização e recursos anti-interferência
Efeito de Birrefringência e Mecanismo de Manutenção de Polarização
A fibra de manutenção da polarização introduz um forte efeito de birrefringência através do projeto da estrutura geométrica (como tipo de panda e tipo de gravata borboleta), de modo que as constantes de propagação de dois estados de polarização ortogonal diferem significativamente (o comprimento da batida pode ser tão curto quanto vários milímetros). Esse projeto pode bloquear o estado de polarização do sinal óptico em um eixo específico e suprimir o acoplamento do modo de polarização causado por interferência, como tensão externa e mudanças de temperatura. Por exemplo, a fibra de manutenção da polarização do campo de Changfei (diâmetro do campo de modo 4 μM) atinge uma perda de emenda de link único menor ou igual a 0. 22dB otimizando a estrutura do guia de ondas, atendendo aos requisitos de acoplamento de alta sensibilidade dos chips fotônicos de silício e lithium niobate.
Base física da tecnologia de multiplexação de polarização
Nos sistemas 1.6T, a multiplexação de polarização (PDM) é o principal meio para dobrar a eficiência espectral. A fibra que mantém a polarização usa um eixo estável de birrefringência para garantir que os sinais dos dois estados de polarização ortogonal (eixo x\/y) não interfiram entre si durante a transmissão. Por exemplo, o sistema de comunicação óptica coerente da Huawei usa a modulação EPDM-QPSK para modular dois sinais de 100g independentes para os estados de polarização X\/Y, respectivamente. Após a transmissão através da fibra que mantém a polarização, a extremidade receptora usa um divisor de feixe de polarização para restaurar o sinal original.
Supressão de dispersão do modo de polarização (PMD)
O PMD da fibra óptica comum causará alterações aleatórias no estado de polarização, limitando a taxa de transmissão. A fibra de manutenção da polarização reduz o coeficiente de PMD abaixo de 0. 0 1ps\/√km (fibra de modo único convencional é de cerca de 0,1ps\/√km) através de um forte efeito de birrefringência, que suporta a distância ultracl) (como a mais de 1000KM. Por exemplo, na rede de testes de fibra de núcleo oco 800g da China Mobile em Shenzhen-Dongguan, a tolerância ao PMD foi aumentada 3 vezes através da colaboração da tecnologia de fibra e DSP que mantém a polarização e o DSP.
2. Arquitetura do sistema: Adaptação de processo completo do dispositivo ao link
Projeto cooperativo de módulo óptico e fibra de manutenção de polarização
Tecnologia de integração fotônica de silício: o motor óptico integrado híbrido à base de silício da Yilanwei adota integração heterogênea de nitreto de silício e niobato de lítio de filmão fino e alcança o valor de baixa perda (perda de inserção de {3}}.
Chip DSP de baixa potência: o módulo 1.6T OSFP224 DR8 da Accelink está equipado com um chip DSP de 3nm. Após o sinal transmitido através da fibra que mantém a polarização é processado pelo DSP, a taxa de erro de bit pode ser controlada abaixo de 1e -15, atendendo aos requisitos rigorosos dos clusters de treinamento de IA.
Otimização anti-interferência de links de fibra óptica
Desempenho de flexão: a fibra de manutenção de polarização resistente a R5mm de Changfei tem uma perda adicional de macro<0.1dB under 10 turns of 5mm bending radius, which is suitable for high-density wiring in data centers.
Estabilidade da temperatura: o coeficiente de expansão térmica da fibra de manutenção da polarização corresponde ao material de revestimento, e a flutuação da taxa de extinção de polarização é menor que 1dB na faixa de -40} ~ +85 grau, garantindo a estabilidade dos cabos submarinos intercontinentâneos.
Aplicações complementares com fibra de núcleo oco
No estágio em que a fibra de núcleo oco ainda não está totalmente maduro, a fibra que mantém a polarização ainda é a escolha convencional para os sistemas 1.6T. Por exemplo, a fibra Ultra-baixa da China Mobile, combinada com os jumpers que mantêm a polarização, alcançou uma capacidade de 80T de fibra única entre oito nós do cubo, fornecendo suporte confiável na camada física para o sistema 1.6T.
3. Cenários de aplicação: cobertura completa de data centers para redes de backbone
Interconexão interna em data centers
Cenários de curta distância: a fibra de manutenção de polarização combinada com módulos ópticos do VCSEL pode estender a distância de transmissão de 400g de 30m a 1 km, atendendo aos requisitos de interconexão de alta densidade entre os edifícios de computador em centros de computação inteligentes.
Resfriamento do líquido: A resistência à temperatura da fibra que mantém a polarização suporta uma solução de resfriamento líquido totalmente imerso. Em uma eficiência energética de PUE menor ou igual a 1,05, um único gabinete pode suportar uma carga de dissipação de calor de 200kW.
Transmissão de rede de metrô e backbone
Relé não elétrico de longa distância: as baixas características de PMD da fibra de manutenção de polarização combinadas com o algoritmo de compensação de fase do DSP pode atingir uma transmissão de sinal de 1,6T de onda única acima de 1000 km na fibra G.654.E sem a necessidade de uma estação de relé elétrica.
Expansão de espectro ultra larga: a fibra de manutenção da polarização suporta a expansão para a banda E\/S (1360 ~ 1530NM). Combinada com a 24ª largura de banda teórica da transmissão de fibra oca de fibra e em escala ultra grande de ondas 1,6T × 24 em uma única fibra, pode ser alcançada no futuro.
Comunicações especiais e campos militares
As características de interferência anti-eletromagnética da fibra de manutenção da polarização o tornam insubstituível em comunicações militares, como radar e sonar. Por exemplo, o radar de laser de vento coerente de 155 0 nm usa um link de fibra que mantém a polarização, que pode atingir uma precisão de medição de velocidade do vento de 0,1m\/s em um ambiente eletromagnético complexo.
4. Progresso da fronteira: inovação material e otimização no nível do sistema
Pesquisa e desenvolvimento de novas fibras que mantêm a polarização
Fibras que mantêm a polarização cristalina fotônica: Através do projeto de matrizes de orifícios de ar, a birrefringência pode ser aumentada para a ordem de 10^-3, suportando formatos de modulação de ordem superior (como 128qam).
Fibras que mantêm a polarização de flúor: alcançar uma perda ultra baixa (<0.01dB/km) in the infrared band (2~5μm), providing a new path for astronomical observation and quantum communication.
Integração com a tecnologia de IA
Compensação inteligente do PMD: o Chip DSP 1.6T do CREDO integra um algoritmo AI, que pode monitorar as alterações do estado de polarização das fibras que mantêm a polarização em tempo real, ajustam dinamicamente os parâmetros de compensação e reduzem a taxa de erro de bit do sistema em 50%.
Arquitetura de computação óptica: a fibra de manutenção de polarização combinada com chip de neurônios fotônicos de silício pode construir uma rede neural de domínio óptico e obter raciocínio de energia ultra-baixa de 0. 6W\/Gbps.
Padronização e colaboração da cadeia da indústria
A Associação de Padrões de Comunicações da China (CCSA) está formulando padrões como "requisitos técnicos para fibra de manutenção de polarização" para promover a padronização de interfaces entre os moduladores de fibra de fibra de manutenção de polarização e silício e niobato de niobato de lítio de filmno fino. Por exemplo, a matriz de fibra convexa de 45-} de Yilanwei alcançou fusão de baixa perda com fibra de manutenção de polarização (perda <0. 1db), estabelecendo a base para a produção de massa em larga escala.
5. Desafios e tendências futuras
Gardeco de custo e escala
O processo de fabricação de fibra de manutenção da polarização é complexo e o custo é de 3 a 5 vezes o da fibra de modo único comum. No futuro, é necessário reduzir custos por meio de tecnologias como fibra de cristal fotônica e automação de desenho de pré -forma.
Competição com fibra de núcleo oco
O efeito não linear da fibra de núcleo oco é extremamente baixo e a capacidade de transmissão teórica é mais de 10 vezes a da fibra de núcleo sólido. No entanto, o problema do PMD da fibra de núcleo oco não foi completamente resolvido e a fibra que mantém a polarização ainda dominará o mercado de 1.6T a curto prazo.
Direção de evolução da tecnologia
Modulação de alta velocidade: combinando taxa de transferência de 200 GBaud e 128qam, a capacidade de onda única pode exceder 1,6T e a fibra que mantém a polarização precisa melhorar ainda mais a taxa de extinção de polarização (＞ 30DB).
Comunicação quântica: a estabilidade do estado de polarização da fibra de manutenção da polarização pode ser usada para distribuição quântica e, no futuro, pode ser combinada com a tecnologia de relé quântica para construir uma rede global de comunicação quântica.
Através do caminho técnico acima, a fibra de manutenção da polarização está atualizando de um "Guardião do Estado de polarização" para um "facilitador de comunicação de alta velocidade", fornecendo suporte sólido da camada física para a implantação comercial de 1.6T Ethernet.
