כבלי סיבים אופטיים מהווים את עמוד השדרה של תקשורת מודרנית, נושאים נתונים ושיחות טלפון ברחבי מדינות ומתחת לאוקיינוסים. אולם דרישה הולכת וגדלה לנתונים - מהזרמת סרטים לחיפושים באינטרנט - מפעילה לחץ על הרשת ההיא, מכיוון שיש גבולות לכמה נתונים ניתן לדחוף דרך הכבלים לפני שיבדר האות, וכבלים חדשים יקרים לבנייה.
תוכן קשור
- החוקרים הבינו סוף סוף כיצד לעצור סוללות ליתיום מבעירה ספונטנית
- ה- FCC רק הצביע לשמור על ניטרליות נטו
כעת צוות מאוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו, עשוי לקבל פיתרון באמצעות שאילת טכניקה המשמשת בתחומים אחרים ככלי מדידה: מסרק התדרים. מכשירים מבוססי לייזר אפשרו לצוות להסיר עיוותים אשר בדרך כלל יופיעו לפני שהאות יגיע לסוף הכבל. החוקרים שלחו נתונים רחוק מאי פעם - 7, 456 מיילים - ללא צורך להעלות את האות לאורך הדרך.
אם הטכניקה הניסויית שלהם תופס את העולם האמיתי, כבלים אופטיים היו זקוקים לחוזרי חוזרים יקרים פחות כדי לשמור על איתותים חזקים. בנוסף, יציבות אות גבוהה יותר בתוך זרם נתונים פירושו שניתן יהיה להכניס יותר ערוצים לשידור יחיד. נכון לעכשיו, חילופי דברים בסיסיים בסיבים אופטיים הם ככל שתרצו להעביר יותר נתונים, כך תוכלו לשלוח אותם למרחקים קצרים יותר.
אותות סיבים אופטיים הם פשוט מקודדים, הנוצרים באמצעות לייזר או נורית LED. אור זה עובר במורד כבלי זכוכית דקיקים ומשקף את פני השטח שלהם עד שהוא יוצא מהקצה השני. ממש כמו שידורי רדיו, לקרן לייזר תהיה רוחב פס מסוים, או טווח תדרים, היא מכסה, וחוט אופייני של כבל סיב אופטי יכול לשאת יותר מערוץ רוחב פס אחד.
אך האותות לא יכולים לנוע לנצח ועדיין לפענח אותם בגלל מה שמכונה אפקטים לא ליניאריים, במיוחד אפקט קר. כדי שסיבים אופטיים יעבדו, האור שבתוך הסיב צריך לשבור או לכופף כמות מסוימת בזמן שהוא נודד. אך שדות חשמליים ישנו את כמות הזכוכית שמכופפת אור, והאור עצמו מייצר שדה חשמלי קטן. שינוי השבירה פירושו שיש שינויים קטנים באורך הגל של האות המועבר. בנוסף, יש סדירות קטנה בכוס הסיב, שאינה משקף מושלם לחלוטין.
שינויים באורך הגל הקטן, המכונים ריצוד, מסתכמים וגורמים שיחות צולבות בין הערוצים. הריצוד נראה אקראי מכיוון ששידור סיבים אופטיים נושא עשרות ערוצים, וההשפעה על כל ערוץ מעט שונה. מכיוון שאפקט ה- Kerr אינו ליניארי, מבחינה מתמטית, אם יש יותר מערוץ אחד אינך יכול פשוט להפחית אותו - החישוב מורכב הרבה יותר וכמעט בלתי אפשרי עבור ציוד לעיבוד האותות של ימינו. זה מקשה על הצעקות לחזות ולתקן.
"הבנו שההבהלה, כה קלה כל כך, גורמת לכל העניין להופיע כאילו הוא לא דטרמיניסטי", אומרת ניקולה אליץ ', מדענית מחקר ממכון קוואלקום באוניברסיטת UCSD וממובילי העבודה הניסוי.
בהתקנה הנוכחית של סיבים אופטיים, תדרי הערוצים צריכים להיות רחוקים מספיק זה מזה כדי שיציצות ואפקטים של רעשים אחרים לא יביאו לחפיפה. כמו כן, מכיוון שהריצוד גדל עם המרחק, הוספת כוח רב יותר לאות רק מעצימה את הרעש. הדרך היחידה להתמודד עם זה היא לשים מכשירים יקרים שנקראים repeaters על הכבל כדי לחדש את האות ולנקות את הרעש - בכבל טרנס-אטלנטי טיפוסי התקנו משחזרים כל 600 מיילים בערך, כך אמר Alic, ואתה צריך אחד לכל ערוץ. .
חוקרי UCSD תהו אם הם יכולים למצוא דרך לגרום לריצוד להיראות פחות אקראי. אם הם היו יודעים בדיוק כמה אורך גל האור בכל ערוץ ישתנה, הם היו יכולים לפצות על כך כאשר האות הגיע למקלט. שם נכנס מסרק התדרים. אליש אומר שהרעיון הגיע אליו לאחר שנים של עבודה בשדות קשורים עם אור. "זה היה רגע של בהירות, " הוא אומר. מסרק תדרים הוא מכשיר המייצר אור לייזר בהמון אורכי גל ספציפיים מאוד. הפלט נראה כמו מסרק, כאשר כל "שן" בתדר נתון וכל תדר מכפיל מדויק של אלה הסמוכים. המסרקים משמשים בבניית שעונים אטומיים, באסטרונומיה ואפילו במחקר רפואי.
אלייק ועמיתיו החליטו לגלות מה יקרה אם ישתמשו בסרק תדרים בכיול האותות הסיבים האופטיים היוצאים. הוא משווה את זה למנצח שמכוון תזמורת. "חשוב על המוליך שמשתמש במזלג כיוון כדי לספר לכולם מה זה אמצע A", הוא אומר. הצוות בנה מערכות סיב אופטיות פשוטות עם שלושה וחמישה ערוצים. כאשר השתמשו במסרק בכיול אורך הגל של האות היוצא, הם עדיין מצאו ריצוד, אך הפעם, כל הערוצים ריצדו באותה צורה. סדירות זו אפשרה לפענח את האות ולשלוח אותו במרחק שיא ללא כל משחזרים. "זה הופך את התהליך לדטרמיניסטי", אומר אליץ ', שצוותו מדווח על התוצאות השבוע במדע .
סתומדאבן צ'אנדרסקהאר, חבר מכובד בצוות הטכני בחברת הטלקום העולמית אלקטל-לוסנט, הוא אחד מדענים רבים שעבדו על בעיית הריצוד הסיבים האופטיים מזה מספר שנים. עבודתו שפורסמה כוללת העברת אותות מצומדים שלב - שני אותות שהם בדיוק 180 מעלות מהשלב זה עם זה. פירושו של הגדרה זו הוא כי כל ההשפעות הלא לינאריות הגורמות לרעש יבוטלו.
עבודת ה- UCSD חשובה, אך היא איננה עדיין פיתרון מלא, אומר צ'נדרסכר. "מה שחסר זה שלרוב המערכות יש קיטוב כפול", הוא אומר, כלומר המערכות מגבירות את הקיבולת על ידי שליחת אותות אור שמקוטבים אחרת. "מרבית המערכות כיום משדרות מידע בשני מצבי האור הקיטוב, וצוות UCSD צריך להדגים שהטכניקה שלהם עובדת טוב גם תחת תרחיש שידור כזה", הוא אומר.
אליץ 'אומר כי מערך הניסויים הבא של הצוות יתייחס לאותה סוגיה. עד כה, הם חושבים שניתן להתאים את הטכניקה הזו לשימוש בעולם האמיתי, אם כי היא תדרוש בנייה ופריסה של חומרה חדשה, שייקח זמן. כך או כך, הגדלת טווח ההגעה של האותות תאפשר הצטברות אגרסיבית בהרבה, ותניב יותר נתונים ויותר מרחק בלי לדאוג לאובדן האותות. "אין סיבה לפחד יותר", הוא אומר.
