حققت الألياف الضوئية القياسية رقماً قياسياً عالمياً في عرض النطاق الترددي، متجاوزة إجمالي حركة مرور الإنترنت العالمية.

حقق فريق بحثي من معهد أبحاث الشبكات التابع للمعهد الوطني لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات في اليابان رقماً قياسياً عالمياً جديداً في عرض النطاق الترددي بلغ 1.53 بيتابِت/ثانية على ألياف بصرية ذات قطر قياسي. وهذا يعني أن حركة مرور الإنترنت العالمية بأكملها يمكن أن تتسع ضمن هذا القطر.
أُعلن عن إنجاز مماثل قبل أسبوعين: حيث تم تحقيق عرض نطاق ترددي قدره 1.84 بيتابِت/ثانية باستخدام ليزر واحد وشريحة بصرية واحدة، وهي قيمة أعلى من تلك التي حققتها تقنيات الاتصالات والمعلومات، ولكن المشكلة تكمن في أن هذا الإنجاز لا يزال تجريبياً. لا تزال الشرائح الضوئية في مرحلة التصميم؛ لذا، يُمكن تطبيق هذا البحث في مجال تقنيات الاتصالات والمعلومات في وقت أقرب.

01

تقنية تعدد الإرسال: تحقيق عرض نطاق ترددي قياسي يبلغ 1.53 بيتاب/ثانية
حقق الباحثون عرض نطاق ترددي يبلغ حوالي 1.53 بيتابِت/ثانية من خلال ترميز المعلومات عبر 55 ترددًا ضوئيًا مختلفًا (وهي تقنية تُعرف باسم تعدد الإرسال). هذا العرض النطاقي كافٍ لنقل جميع حركة مرور الإنترنت في العالم (المُقدّرة بأقل من 1 بيتابِت/ثانية) عبر كابل ألياف ضوئية واحد، أي أنه أكثر فعالية بمليون مرة من اتصال الجيجابت (في أفضل الأحوال) الذي يمتلكه الشخص العادي.
تعتمد هذه التقنية على تسخير ترددات ضوئية مختلفة عبر الطيف. ولأن لكل لون في الطيف (المرئي وغير المرئي) تردده الخاص، على عكس باقي الترددات، فإنه يستطيع حمل تدفق معلومات مستقل. وقد حقق الباحثون كفاءة طيفية بلغت 332 بت/ثانية/هرتز، أي ثلاثة أضعاف أفضل نتيجة حققوها سابقًا في عام 2019، والتي بلغت 105 بت/ثانية/هرتز.

02
الإعداد التجريبي: نقل المعلومات في النطاق C عند 184 طول موجي مختلف
نجح الباحثون في نقل معلومات النطاق C عبر 184 طول موجي مختلف: تُستخدم هذه الترددات المستقلة غير المتداخلة لنقل المعلومات في وقت واحد داخل كابل الألياف الضوئية. يتم تعديل الضوء لنقل 55 تيارًا (نمطًا) منفصلًا من البيانات قبل إرسالها عبر كابل الألياف الضوئية. بعد التعديل (كما هو الحال في معظم كابلات الألياف الضوئية المستخدمة حاليًا)، يتطلب الأمر وجود لب زجاجي لنقل جميع البيانات. أثناء إرسال البيانات (التي تغطي 184 طولًا موجيًا و55 نمطًا)، يقوم جهاز الاستقبال بفك تشفير الأطوال الموجية والأنماط المختلفة لجمع بياناته. في التجربة، تم تثبيت المسافة بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال عند 25.9 كيلومترًا.

① مصدر مشط ضوئي: يتم توليد 184 موجة حاملة في مصدر مشط ضوئي. ② تعديل الإشارة: يتم تعديل الموجة الحاملة باستخدام 16 إشارة QAM واستقطاب متعدد الإرسال. ③ توليد إشارة متوازية: يتم تقسيم الإشارات لكل نمط، ويتم تطبيق تأخيرات المسار لمحاكاة تدفقات بيانات مستقلة. ④ مُضاعِف الأنماط: يتم تحويل كل إشارة إلى نمط مكاني مختلف وإرسالها إلى ليف بصري ذي 55 نمطًا. ⑤ ليف بصري ذو 55 نمطًا: تنتشر الإشارة في ليف بصري بطول 25.9 كيلومترًا ذي 55 نمطًا. ⑥ مُفَكِّك الأنماط: عند جهاز الاستقبال، يتم فصل الإشارة إلى كل نمط مكاني وتحويلها إلى النمط الأساسي. ⑦ جهاز استقبال متوازي عالي السرعة: يتم فصل الإشارة المفككة الأنماط حسب الطول الموجي بواسطة مرشح، ثم يتم تحويلها إلى إشارة كهربائية بواسطة جهاز استقبال متماسك متوازي. ⑧ معالجة الإشارة خارج الخط. معالجة MIMO للقضاء على تداخل الإشارة أثناء انتشارها عبر الألياف.

تظهر النتائج التجريبية أنه على الرغم من انخفاض معدل البيانات قليلاً عند نهاية الطول الموجي الطويل للنطاق C (حوالي 1565 نانومتر)، إلا أنه يتم الحصول على معدل بيانات مستقر وموحد تقريبًا في مناطق الأطوال الموجية الأخرى، ليصل إلى ما مجموعه 1.53 بيتابت/ثانية بعد تصحيح الخطأ.