Yeni optik modülatör: "Son mil" problemini çözmek için milimetre dalga teknolojisini kullanın!
Kılavuz
Son zamanlarda, Zürih İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü'ndeki araştırmacılar yeni bir modülatör türü geliştirdiler. Bu modülatör kullanılarak milimetre dalgaları şeklinde iletilen veriler doğrudan optik fiberde iletilen optik darbelere dönüştürülebilir. Bu teknoloji sayesinde, çekirdek ağdan kullanıcının ana terminal ekipmanına iletişim bağlantısı önemli ölçüde daha hızlı ve daha ucuz olacaktır.
arka fon
Işık dalgalarının yüksek frekanslı salınımı, onu yüksek hızlı veri iletişimi için çok uygun hale getirir. Optik fiberler yoluyla gönderilen ışık dalgaları, saniyede yüzlerce gigabit (Gigabit) veriyi kolayca taşıyabilir. Bir gigabit, 10 ^ 9 bite eşittir.
Ancak, fiber optik iletişim ağlarının sürekli gelişmesiyle birlikte, "Son mil" sorunu, birçok kullanıcının ve telekom operatörünün başına bela olan ana sorunlardan biri haline geldi ve aynı zamanda, fiber optik iletişimin daha yüksek hızlara doğru ilerlemesi önemli bir sorun haline geldi. Ana darboğaz.
"Son mil" sorunu nedir? En erken, kamusal analog telefon iletişim ağının yapımında telekomünikasyon hizmet sağlayıcısının erişim projesinin giriş kısmını ifade eder. Daha sonraki optik fiber çağında, "son mil", optik düğümden her kullanıcının evine 2 kilometreden fazla olmayan bir mesafeyi ifade eder. Optik fiber, yüzlerce Gbps'lik bir bant genişliği sağlayabildiğinden, geleneksel telefon hatları yalnızca onlarca Kbps'lik bir bant genişliği sağlayabilir. Bu nedenle, fiber optik çekirdek ağından kullanıcı terminaline kadar olan dar bilgi kanalı, erişim ağının bant genişliği "darboğazı" haline geldi ve bu da bilgi iletim hızında bir yavaşlamaya neden oldu. Ayrıca "son mil" in en zor ve en pahalı olduğu söylenebilir.
Günümüzde 4G ve 5G mobil iletişim gibi bazı alternatif çözümler birbiri ardına ortaya çıkmıştır. Bu çözümlerin maliyeti düşse de, aynı anda tüm kullanıcılara son derece yüksek veri aktarım hızları sağlayamazlar. Bununla birlikte, bu yüksek hızlı veri aktarımı, günümüzün "veriye aç" uygulamalarının (TV yayını gibi) tam olarak gerektirdiği şeydir.
Yenilikçilik
Yakın zamanda, Zürih'teki İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü (ETH Zürih) Elektromanyetik Alanlar Enstitüsü'nden Profesör Jürg Leuthold ve ortakları, yeni bir optik modülatör türü geliştirmek için ABD, Seattle'daki Washington Üniversitesi'ndeki meslektaşlarından destek aldı. Gelecekte, bu tür bir optik modülatör, yüksek hızlı veri iletimi elde etmek için "son mili" verimli ve düşük maliyetle kat etmek için "milimetre dalga" olarak da bilinen "yüksek frekanslı mikrodalga" kullanacaktır.
teknoloji
Optik fiberdeki ışık yoğunluğunun değişmesiyle kodlanan verilerin, pahalı elektronik bileşenler olmadan hızla milimetre dalgasına aktarılması gerekir. Ters yönden, milimetre dalgası önce anten tarafından alınmalı, daha sonra güçlendirilmeli ve ana bantta karıştırılmalı ve son olarak optik modülatöre enjekte edilmelidir. Işık modülatörü, milimetre dalgasının içerdiği verileri ışık darbelerine dönüştürür.
Leuthold ve meslektaşları piller ve elektronikler olmadan çalışabilen bir optik modülatör geliştirmeyi başardılar. Bu yeni tip modülatörün geliştirilmesine önemli katkılarda bulunan doktora öğrencisi Yannick Salamin, Bu, modülatörümüzü harici güç kaynağından tamamen bağımsız kılıyor ve en önemlisi çok küçük. Bu nedenle prensip olarak herhangi bir cihaza kurulabilir. Işık direğinde. Burada, kişisel konuttan milimetre dalga sinyali yoluyla veri alabilir ve doğrudan çekirdek ağa besleyebilir. "
Milimetre dalgası (kırmızı ok) tarafından iletilen veriler, doğrudan optik fiberde optik darbelere (sarı) dönüştürülür (referans [2])
ETH Zurich tarafından üretilen modülatör, 1 milimetreden küçük bir çipten oluşuyor ve ayrıca bir mikrodalga anten de içeriyor. Anten milimetrik dalgaları alıp bunları voltaja dönüştürebilir. Daha sonra voltaj, modülatörün kalbi olan çipin merkezindeki yarık üzerinde hareket edecektir. Yarığın uzunluğu yalnızca birkaç mikrondur ve genişliği birkaç yüz nanometreden azdır ve özellikle elektrik alanlarına duyarlı bir malzeme ile doldurulmuştur. Optik fiberden gelen ışık demeti yarığa gönderilir. Bununla birlikte, yarık içindeki ışığın iletimi, fiber optik veya havadaki iletimden farklıdır ve artık elektromanyetik bir dalga değil, sözde bir "plazmon" dur. Plasmon, metal yüzeydeki elektromanyetik alan ve yük salınımının bir karışımıdır. Bu özelliğinden dolayı ışık dalgalarından daha "kapalı" olabilirler.
Yarıkta elektriğe duyarlı ("doğrusal olmayan") malzemelerin garantisi ile anten en küçük elektrik alanını oluştursa bile, plazmonların yayılmasını güçlü bir şekilde etkileyecektir. Plazmon, yarığın diğer ucunda bir ışık dalgasına dönüştürüldüğünde, dalganın salınım fazı üzerindeki bu etki korunur. Bu şekilde, milimetre dalgasının içerdiği veri bitleri, elektronik cihazlar veya herhangi bir harici güç kaynağı kullanılmadan doğrudan ışık dalgasına dönüştürülür. Laboratuvarda, araştırmacılar deneyler yapmak için 60 GHz milimetre dalga sinyalleri kullandılar, bu da 5 metrede veri aktarım hızının 10 Gbps'ye ulaşabileceğini ve 1 metrede 20 Gbps'ye ulaşabileceğini gösterdi.
Yeni modülatörde, milimetre dalga sinyali (mavi) anten tarafından alınır ve ortadaki küçük yarıkta optik sinyale (kırmızı) dönüştürülür.
(Resim kaynağı: ETH Zurich / Jürg Leuthold)
Ekipmanın yapısı ve performansı (resim kaynağı: referans [2])
Optik fiber kablosuz ve kablosuz fiber optik bağlantı deneyi (resim kaynağı: referans [2])
Deneysel sonuçlar (resim kaynağı: referans [2])
değer
Çok küçük bir boyuta ve neredeyse ihmal edilebilir güç tüketimine ek olarak, bu yeni tip modülatörün bir dizi başka avantajı da vardır. Leuthold şunları vurguladı: "Milimetre dalgasından ışık dalgasına doğrudan aktarım, modülatörümüzü frekans ve hassas veri kodlama formatı açısından daha esnek hale getiriyor." Aslında, modülatör yeni 5G teknolojisi ile uyumlu ve milimetre dalga ve 300 GHz tabanlı Terahertz frekansının gelecekteki endüstri standardı ve veri aktarım hızı 100 Gbps'ye ulaşabilir. Ayrıca, geleneksel silikon teknolojisi kullanılarak üretilebilir, bu nedenle maliyeti nispeten düşüktür.
Son olarak Leuthold, elektromanyetik radyasyondan endişe duyan kullanıcıların rahat edebileceğini söyledi. WiFi modemler (genellikle "kediler" olarak bilinir) tarafından üretilen radyo dalgaları veya mikrodalgalar her yöne eşit olarak yayılır. Milimetre dalgası farklıdır, güçlü bir odak ile dış ortama iletilebilir ve sadece çatı anteni ile lamba direği arasındaki 20 cm çapındaki ışın içinde iletilir. Diğer kablosuz teknolojilerle karşılaştırıldığında, bu teknoloji iletim için gereken gücü büyük ölçüde azaltır ve ayrıca iletim sırasında WiFi modem sinyallerinin karşılıklı etkileşiminin neden olduğu sorunları önler.
Anahtar kelime
İletişim, milimetre dalga, fiber optik, plazmon, çip
Referans
[1] https://www.ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2018/11/millimetre-waves-for-the-last-mile.html
[2] Salamin Y et al .: Şeffaf fiber kablosuz bağlantı içinde mikrodalga plazmonik karıştırıcı, Nature Photonics, 29 Ekim 2018, doi: 10.1038 / s41566-018-0281-6
