Российские ученые совместно с коллегами из Республики Корея разработали новый подход к управлению поляризацией света в оптоволоконных сетях. Идея поможет увеличить объем данных, передаваемых по существующей инфраструктуре, без немедленной замены кабелей. Результаты исследования опубликованы в журнале Light: Advanced Manufacturing.
В оптическом волокне информация передается световыми сигналами. Однако свет — не просто «лампочка в проводе»: у него есть, в частности, состояние поляризации, которое можно представить как направление колебаний электромагнитной волны. Изменяя и контролируя эти параметры, исследователи рассчитывают эффективнее использовать возможности оптического канала.
Проще говоря, ученые ищут дополнительные «полосы движения» внутри уже проложенной световой магистрали. Кабель остается прежним, а управлять передачей данных можно точнее. Именно такой подход, по информации Российского научного фонда, лежит в основе новой разработки российских и южнокорейских специалистов.
Новые гигабиты не обязательно добывать экскаватором
Проблема для телекоммуникационной отрасли вполне практическая: объем данных растет, а прокладка новых линий связи стоит дорого и занимает время. Поэтому инженеры по всему миру пытаются выжать больше из уже существующих оптоволоконных систем.
Есть несколько путей: расширять диапазон используемых длин волн, добавлять новые пространственные каналы или совершенствовать обработку сигнала. Например, инженеры ранее показывали возможность передачи данных со скоростью 301 Тбит/с за счет расширения рабочего диапазона волн и применения дополнительных оптических усилителей. В другом эксперименте японские специалисты добились скорости 402 Тбит/с по коммерческому оптоволоконному кабелю, используя 1505 каналов и полосу пропускания 37 ТГц.
Российско-корейская работа относится к другой важной части этой задачи — управлению поляризационными характеристиками сигнала. Это особенно актуально для современных когерентных систем связи, где параметры световой волны используются для передачи все больших объемов информации.
Разработка российских и южнокорейских ученых вписывается в тот же ключевой тренд: сделать оптические сети более емкими, гибкими и технологичными без обязательной перестройки всей кабельной инфраструктуры. Насколько быстро такой подход сможет перейти из научной работы в телекоммуникационную практику, будет зависеть от дальнейших испытаний и инженерной адаптации метода.
Управление поляризацией — весьма привлекательный способ упаковать больше данных в практически тот же самый световой сигнал. Мы показали, что наш поляризатор площадью меньше сотой доли квадратного сантиметра способен управлять поляризацией света за счет переключения между упорядоченным кристаллическим и неупорядоченным аморфным состояниями.
Оптоволокно уже давно умеет больше, чем кажется
История развития оптических сетей показывает: рекорды скорости часто достигаются не только созданием совершенно новых кабелей. Иногда достаточно научиться эффективнее использовать физические свойства уже имеющейся инфраструктуры.
В 2023 году японские исследователи передали по одному оптическому волокну 22,9 петабита в секунду — это в 20 с лишним раз больше мирового интернет-трафика за секунду. Для эксперимента использовали 38 сердцевин, несколько пространственных каналов и 750 волновых каналов в каждом из них.
Оптоволоконные кабели способны быть не только «трубами для интернета». Исследователи уже используют их как чувствительные датчики: по изменениям оптического сигнала можно обнаруживать вибрации, деформации и даже сейсмические события. Подводные кабели, например, применяются для изучения землетрясений и других процессов в океане.