الألياف الضوئية الآن أسرع التقنيات وأكثرها موثوقية لتقديم اتصال بالإنترنت
تعد الألياف الضوئية الآن أسرع التقنيات وأكثرها موثوقية لتقديم اتصال بالإنترنت. يتم نقل البيانات من خلال نبضات ضوئية سريعة الحركة ترتد عن جدران الكابلات الليفية للسماح للإشارة بالانتقال لمسافة أبعد مع تقليل التوهين.
ومع ذلك، فإن نقل بيانات الألياف يخضع للتشتت أو تدهور الإشارة بسبب الانحطاط في الألياف الضوئية. يتسبب هذا في انتقال أطوال موجية مختلفة من الضوء بسرعات مختلفة، مما يؤدي إلى نشر الإشارة بمرور الوقت والتسبب في حدوث أخطاء.
يمكن أن تتغلب طرق تعويض التشتت على هذه المشكلة، حيث تكون الأجهزة على الرقاقة واعدة بشكل خاص حيث يمكن وضعها في أجهزة الإرسال والاستقبال لزيادة وصول الإشارة.
بينما توجد أجهزة التشتت على الرقاقة، لم يظهر أي منها تعويض التشتت للبيانات عالية السرعة. هذه هي الفجوة التي سعى الباحثون من مجموعة الأجهزة والأنظمة الضوئية التابعة لجامعة سنغافورة للتكنولوجيا والتصميم (SUTD)، بقيادة الأستاذ المساعد دون تان، إلى سدّها.
العديد من الأجهزة المشتتة المتكاملة ممكنة، لكن حواجز شبكية تبدو أكثر واعدة نظرًا لخصائص النقل والمرحلة المفيدة.
مع حواجز شبكية كتخصصهم، طورت البروفيسورة المساعدة تان وفريقها جهازًا مشتتًا غير مسبوق ونشروا النتائج التي توصلوا إليها في الورقة البحثية “تعويض التشتت البطيء القائم على الضوء لبيانات عالية السرعة على شريحة نيتريد السيليكون” في أبحاث الفوتونات المتقدمة.
تم اختيار ورقتهم كعدد يونيو الداخلي الغلاف، مما يدل على التطبيق الواعد للجهاز الجديد.
“كانت مجموعتنا تعمل مع حواجز شبكية لتطبيقات مختلفة على مر السنين. على سبيل المثال، استخدمنا حواجز شبكية للضوء البطيء والمضخمات الضوئية والسولتون.
وقد ساعدتنا خبرتنا في تصميم الشبكات الشبكية وتطويرها بالإضافة إلى تفاعلاتنا مع الصناعة علينا معالجة نقطة الألم الحالية في حركة البيانات عالية السرعة “، قال تان.
صممت مجموعتها البحثية وأظهرت فقدانًا منخفضًا، جهاز شبه موصل لأكسيد المعادن (CMOS) متوافق مع نيتريد السيليكون لتعويض تشتت البيانات عالية السرعة.
المعايير التي وضعوا لتحقيقها في إنشاء هذا الجهاز هي ثلاثة أضعاف: تشتت عالٍ، وفقدان بيانات منخفض، وعامل الشكل الصغير المطلوب للتكامل على الرقاقة.
تُظهر الأجهزة المشتتة الحالية التي تولد تشتتًا عاليًا فقدًا كبيرًا للبيانات، في حين أن الأجهزة التي تسمح بفقدان بيانات منخفض لا تولد تشتتًا كبيرًا.
سيكون الجهاز الذي يمكنه القيام بالأمرين معًا والدمج في شريحة تقدمًا كبيرًا في تكنولوجيا نقل البيانات. لمعالجة هذا الأمر، صمم الباحثون جهازين محزوزين – أحدهما بفتحة شبكية واحدة تبلغ 434 نانومترًا (جهاز مقضب مفرد؛ SGD) والآخر به شبكتان متراكبتان مع درجات متباينة من 434 و440 نانومتر (جهاز مقضب متراكب؛ OGD).
أطياف الإرسال لكل من SGD وOGD متشابهة. يستحث النطاق الموقوف في كل من الأطياف أنماط الانتشار الأمامية والخلفية في الشبكات.
تتفاعل هذه الأنماط وتؤدي إلى تأثير الضوء البطيء، وهو انخفاض سرعة نبضات الضوء. يختلف تأثير الضوء البطيء بسرعة مع الطول الموجي، مما ينتج عنه مناطق عالية التشتت.
نظرًا لآلية التشتت الفريدة للأجهزة، يتأثر فقدان البيانات إلى الحد الأدنى حتى مع التشتت العالي.
“في هذه الدراسة، سمح كل من SGD وOGD بتعويض التشتت للألياف الطويلة (حتى 20 كيلومترًا) بأقل خسارة. علاوة على ذلك، حقق كلا الجهازين أداءً محسنًا لتصحيح الخطأ، مما قلل معدلات خطأ البنات بمقدار تسعة أوامر من حيث الحجم من 5 × 10 -1 قال كيني أونغ، دكتوراه. مرشح في SUTD والمؤلف الأول للورقة.
يمكن أن يوفر OGD أيضًا مجموعة من قيم التشتت المفيدة لتعويض التشتت الديناميكي. وأضاف تان: “باستخدام الضبط الحراري البصري، يمكن للمرء التحكم في OGD ديناميكيًا للتعويض عن تشتت المقادير المختلفة، أو التشتت المرتبط بأطوال ألياف مختلفة”.
يمكن أن يبسط ذلك أنظمة تعويض التشتت المستخدمة في أنظمة الاتصالات الضوئية المختلفة ويساعد في تقليل درجة الحرارة أو تأثيرات إجهاد الألياف على نقل البيانات.
نظرًا لأنه يمكن تغيير ملف تعريف التشتت الخاص بـ OGD مع تغييرات صغيرة في الطول الموجي، هناك حاجة إلى درجة أصغر من الضبط الحراري البصري (أي طاقة أقل) لإحداث التشتت المطلوب.
ثبت أن دمج SGD وOGD في أجهزة الإرسال والاستقبال التجارية، سواء داخل جهاز الإرسال أو شريحة جهاز الاستقبال، أمر ممكن ومفيد.
تتوافق هذه الأجهزة مع تصنيع CMOS ويمكن دمجها في رقائق جهاز الإرسال والاستقبال، مما يتيح وصولاً أوسع للألياف وأيضًا استخدام معدلات بيانات أعلى.
أوضح تان أن “الأجهزة هي الأكثر ملاءمة لأجهزة الإرسال والاستقبال التي تخدم اتصالات مركز البيانات. هذه الصناعة حساسة للتكلفة والطاقة، ولا تستخدم عادةً معالجة الإشارات الرقمية لتصحيح البيانات”.
في الوقت الحاضر، تأمل في التعاون مع شركاء الصناعة لتسويق أجهزة الشبكات الجديدة. وتذكر أن الشراكة المثالية ستكون مع شركة تصنع أجهزة الإرسال والاستقبال، لذلك يمكن دمج أجهزة تعويض التشتت داخل رقاقاتها لزيادة أدائها.
بالنسبة للأبحاث المستقبلية، تخطط لزيادة أداء التشتت للأجهزة والتحقيق في معدلات البيانات ووصول الألياف التي يمكن أن تدعمها.
يبحث فريقها أيضًا في ضبط الآليات، وإنشاء تصميمات جديدة للشبكات، واستخدام حواجز شبكية في تطبيقات أخرى.
المصدر: techxplore
إقرا ايضا:
