Оптички каблови чине окосницу савремене комуникације, преносећи податке и телефонске позиве по земљама и под океанима. Али, све већа потражња за подацима - од стриминга филмова до претраживања Интернета - врши притисак на ту мрежу, јер постоје ограничења у томе колико података може да се гурне кроз каблове пре него што се сигнал деградира, а нови каблови су скупи за изградњу.
Сличан садржај
- Истраживачи су коначно схватили како да спрече литијумске батерије да се спонтано сагоревају
- ФЦЦ је управо гласао за очување нето неутралности
Сада тим са Калифорнијског универзитета у Сан Дијегу можда има решење позајмљујући технику која се користи у другим областима као алат за мерење: фреквенцијски чешаљ. Ови уређаји засновани на ласеру омогућили су тиму да уклони дисторзије које би се обично појавиле пре него што сигнал стигне до краја кабла. Истраживачи су послали податке даље него икад раније - 7, 456 миља - без потребе да појачавају сигнал током пута.
Ако њихова експериментална техника остане у стварном свету, оптичким кабловима ће бити потребно мање скупих репетитора да би сигнали остали јаки. Поред тога, већа стабилност сигнала у току података значила би да би више канала могло бити укомпонирано у један пренос. Тренутно, основна замјена оптичких влакана је што више података желите да пошаљете, што краће можете да их пошаљете.
Влакнасти оптички сигнали су једноставно кодирана светлост, било да их генерише ласер или ЛЕД. Ова светлост путује низ танке стаклене каблове, одбијајући се од њихове унутрашње површине док не изађе на други крај. Баш као и радио емисије, ласерски сноп ће имати одређену ширину опсега или опсег фреквенција које покрива, а типични низ влакана оптичког кабла може да носи више од једног канала опсега.
Али сигнали не могу заувек да путују и даље се декодирају због такозваних нелинеарних ефеката, тачније Керровог ефекта. Да би оптика влакана радила, светлост унутар влакана мора да пређе или савије одређену количину док путује. Али електрична поља ће изменити колико стакла савија светлост, а светлост сама ствара мало електрично поље. Промена рефракције значи да постоје мале промене таласне дужине одашиљеног сигнала. Уз то, постоје мале неправилности у стаклу влакана, што није апсолутно савршен рефлектор.
Мале промене таласне дужине, зване подрхтавање, сабирају се и изазивају унакрсни разговор између канала. Треперење изгледа случајно, јер оптички пренос преноси десетине канала, а ефекат на сваки канал је мало другачији. Пошто је Керр ефекат нелинеарни, математички речено, ако постоји више канала, не можете га само одузети - прорачун је много сложенији и готово немогућ за данашњу опрему за обраду сигнала. Због тога је тресак тешко предвидјети и исправити.
"Схватили смо да нејасност, икада тако мала, узрокује да се цела ствар чини као да није детерминирана", каже Никола Алић, научник-истраживач са Института Куалцомм на УЦСД и један од вођа експерименталног рада.
У тренутном подешавању оптичких влакана, фреквенције канала морају бити довољно удаљене да их подрхтавање и други ефекти буке не преклапају. Такође, јер се подрхтавање повећава са даљином, додавањем енергије више снаге само појачава буку. Једини начин да се то решимо је постављање скупих уређаја који се називају репетитори на кабл ради регенерације сигнала и чишћења буке - типични трансатлантски кабл има репетаторе инсталиране на сваких 600 миља, рекао је Алиц, а потребни су вам по један за сваки канал .
Истраживачи с УЦСД-а питали су се могу ли пронаћи начин да подрхтавање изгледа мање насумично. Ако би тачно знали колико ће се таласна дужина светлости у сваком каналу променити, тада би то могли да надокнаде када сигнал стигне до пријемника. Ту је ушао фреквентни чешаљ. Алић каже да му је идеја пала након година рада на повезаним пољима са светлошћу. „То је био тренутак јасноће“, каже он. Чешаљ са фреквенцијом је уређај који генерише ласерску светлост на пуно врло специфичних таласних дужина. Излаз изгледа као чешаљ, са сваким "зубом" на датој фреквенцији и свака фреквенција тачно вишеструка од суседних. Чешљеви се користе у изградњи атомског сата, у астрономији, па чак и у медицинским истраживањима.
Алић и његове колеге одлучили су да открију шта ће се догодити ако користе фреквенцијски чешаљ за калибрацију одлазних оптичких сигнала. Он га успоређује са диригентом који подешава оркестар. „Замислите кондуктора помоћу вијака да бисте свима рекли шта је средина А“, каже он. Тим је изградио поједностављене оптичке системе са три и пет канала. Када су користили чешаљ за калибрацију таласних дужина излазног сигнала, још увек су пронашли подрхтавање, али овог пута сви су канали подрхтавали на исти начин. Та правилност омогућила је декодирање сигнала и слање на рекордној удаљености без понављача. "То чини процес детерминистичким", каже Алић, чији је тим ове седмице извештавао о резултатима у часопису Сциенце .
Сетхумадхаван Цхандрасекхар, угледни члан техничког особља глобалне телекомуникационе компаније Алцател-Луцент, један је од многих научника који већ дужи низ година раде на проблему подрхтавања оптичких влакана. Његов објављени рад укључује преношење сигнала везаних за фазу - два сигнала који су тачно 180 степени ван фазе један са другим. Ово подешавање значи да би било који од нелинеарних ефеката који узрокују буку био отказан.
Рад на УЦСД је важан, али још увек није комплетно решење, каже Цхандрасекхар. "Оно што недостаје је да већина система сада има двоструку поларизацију", каже он, што значи да системи повећавају капацитет слањем светлосних сигнала који су различито поларизовани. "Већина система данас преноси информације у два поларизациона стања светлости, а УЦСД тим мора да покаже да њихова техника функционише под таквим сценаријем преноса", каже он.
Алић каже да ће се тим проблемом позабавити наредни сет експеримената. За сада сматрају да се ова техника може прилагодити за употребу у стварном свету, мада ће за њу бити потребна изградња и примена новог хардвера, за шта ће требати времена. У сваком случају, повећање досега сигнала омогућиће много агресивније састављање, пружајући више података и више удаљености без бриге због губитка сигнала. "Нема разлога да се више плашите", каже он.
