دانشمندان، حداکثر سرعت فیبر نوری را پشت سر گذاشتند

دانشمندان با استفاده از کابل‌های فیبر نوری موجود، به سرعتی با نرخ 301 ترابیت در ثانیه رسیدند. این سرعت برابر است با انتقال 1800 فیلم 4K از طریق اینترنت در یک ثانیه. به طور واقعی، آن‌ها برای اولین بار با استفاده از یک باند انتقال ناپایدار، سرعت انتقال داده‌های فیبر نوری را به طور 1.2 میلیون برابر سریعتر از میانگین خط پهن باند ثابت بهبود بخشیدند. براساس Speed Test، میانگین سرعت پهنای باند ثابت در ایالات متحده 242.38 مگابیت بر ثانیه (Mbps) است.

با استفاده از رشته‌های لوله‌ای شیشه‌ای و ارسال نور مادون قرمز، آن‌ها به این سرعت شگفت‌انگیز دست یافتند. اما با استفاده از دستگاه‌های سفارشی و جدید ساخته شده، از باند طیفی به نام “E-band” استفاده کردند که هیچ‌گاه در سیستم‌های تجاری به کار نبرده شده بود. نتایج این آزمایش که با استفاده از کابل‌های فیبری موجود بر روی زمین انجام شده بود، توسط موسسه مهندسی و فناوری (IET) در ماه مارس منتشر شد. تیم دانشمندان این تحقیق را در کنفرانس اروپایی ارتباطات نوری (ECOC) در گلاسکو در اکتبر ۲۰۲۳ ارائه کردند.

تمام اتصالات فیبر نوری تجاری، داده‌ها را از طریق کابل‌ها در باند C و باند L مادون قرمز در طیف الکترومغناطیسی منتشر می‌کنند. باند C و باند L، منطقه‌ای خاص از طیف مادون قرمز با طول موج بین ۱۲۶۰ تا ۱۶۷۵ نانومتر را برای اتصالات اینترنتی استفاده می‌کنند. همچنین، باید توجه داشت که نور قابل مشاهده، طول موج‌هایی بین ۴۰۰ نانومتر تا ۷۰۰ نانومتر در طیف را شامل می‌شود.

باند C و باند L که با محدوده طول موج بین ۱۵۳۰ نانومتر تا ۱۶۲۵ نانومتر استفاده می‌شوند، معمولاً در اتصالات تجاری به کار می‌روند زیرا دارای پایداری بیشتری هستند و کمترین مقدار داده در طول انتقال از بین می‌رود. با این حال، دانشمندان پیش‌بینی می‌کنند که با افزایش حجم بالای ترافیک، این دو باند به شدت شلوغ خواهند شد و به باندهای اضافی برای افزایش ظرفیت نیاز خواهد شد.

باند S که در نزدیکی باند C قرار دارد و با محدوده طول موج بین ۱۴۶۰ نانومتر تا ۱۵۳۰ نانومتر بهره برده می‌شود، در اتصالات تجاری به همراه دو باند دیگر در سیستمی به نام مالتی‌پلکسی تقسیم طول موج (WDM) مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این سیستم، همه سه باند برای دستیابی به سرعت‌های بسیار بالاتر استفاده می‌شوند. با این حال، دانشمندان همچنان قادر به تقلید اتصالات باند E نشده‌اند، زیرا سطح از دست دادن داده در این محدوده بسیار بالاست و تقریباً پنج برابر نرخ از دست دادن انتقال در باندهای C و L است.

به طور خاص، کابل‌های فیبر نوری در معرض قرارگیری در مولکول‌های هیدروکسیل (OH) قرار دارند که می‌تواند اتصالات را در محیط مختل، به صورت طبیعی یا به وسیله تولید، مختل کند. باند E که به آن “اوج آب” نیز گفته می‌شود، تلفات انتقال بسیار زیادی به دلیل جذب مولکول‌های OH توسط نور مادون قرمز در این ناحیه ایجاد می‌کند.

در تحقیقات جدید، دانشمندان یک سیستم ساختند که انتقال پایدار باند E را ممکن می‌سازد. با استفاده از باند E و باند S، آنها موفق به انتقال داده با سرعت بالا و پایدار شدند. برای حفظ اتصال پایدار در این ناحیه از طیف الکترومغناطیسی، محققان دو دستگاه جدید به نام “تقویت‌کننده‌های نوری” و “اکولایزرهای بهره نوری” ایجاد کردند.

تقویت‌کننده‌های نوری به تقویت سیگنال در فواصل کمک می‌کنند، در حالی که اکولایزرهای بهره نوری هر کانال طول موج را نظارت می‌کنند و در صورت نیاز دامنه را تنظیم می‌کنند. آنها این دستگاه‌ها را در کابل‌های فیبر نوری نصب کرده‌اند تا از انتقال داده‌های نور مادون قرمز بدون ناپایداری و از دست دادن، که معمولاً اتصالات در این باندها را تحت تأثیر قرار می‌دهد، اطمینان حاصل کنند.

باند S در مجاورت باند C قرار دارد و محدوده طول موج ۱۴۶۰ نانومتر تا ۱۵۳۰ نانومتر را پوشش می‌دهد. این باند به طور تجاری در ترکیب با دو باند دیگر در سیستمی به نام تقسیم طول موج چندگانه (WDM) استفاده می‌شود، که در آن هر سه باند برای رسیدن به سرعت‌های بسیار بالاتر استفاده می‌شوند.

اما، دانشمندان همچنان نتوانسته‌اند از اتصالات باند E بهره‌برداری کنند، زیرا در این باند، سطح از دست دادن داده به میزان بسیار بالایی افزایش می‌یابد که تقریباً پنج برابر نرخ از دست دادن انتقال در باندهای C و L است.

به طور خاص، کابل‌های فیبر نوری در معرض قرارگیری در معرض مولکول‌های هیدروکسیل (OH) قرار دارند که می‌توانند وارد لوله‌ها شده و اتصالات را در محیط مختل کنند، به صورت طبیعی یا به وسیله تولید. باند E که به آن “اوج آب” نیز گفته می‌شود، تلفات انتقال بسیار زیادی به دلیل جذب مولکول‌های OH توسط نور مادون قرمز در این ناحیه ایجاد می‌کند.

در تحقیقات اخیر، دانشمندان موفق به ساخت یک سیستم شدند که انتقال پایدار باند E را ممکن می‌سازد. آنها با استفاده از باند E و باند S مجاور، به انتقال داده با سرعت بالا و پایدار دست یافتند. به منظور حفظ ارتباط پایدار در این ناحیه از طیف الکترومغناطیسی، محققان دو دستگاه جدید به نام “تقویت‌کننده‌های نوری” و “اکولایزرهای بهره نوری” را ایجاد کردند.

تقویت‌کننده‌های نوری به تقویت سیگنال در فاصله‌های کوتاه کمک می‌کنند، در حالی که اکولایزرهای بهره نوری هر کانال را به طول موج نظارت می‌کنند و در صورت نیاز دامنه را تنظیم می‌کنند. این دستگاه‌ها در کابل‌های فیبر نوری نصب شده‌اند تا از انتقال داده‌های نور مادون قرمز بدون ناپایداری و از دست دادن، که معمولاً اتصالات در این باندها را تحت تأثیر قرار می‌دهد، اطمینان حاصل کنند.