Följande är en analys från fyra dimensioner: tekniska principer, systemarkitektur, applikationsscenarier och banbrytande framsteg:
1. Tekniska principer: hörnstenen i polarisationens multiplexering och anti-interferensfunktioner
BIREFRINGENCE EFFEKT OCH POLARIZATION MEBRUCH MEKANISM
Polarisationsinstruktionsfiber introducerar en stark dubbelbrytningseffekt genom geometrisk strukturdesign (såsom pandatyp och fluga-typ), så att förökningskonstanterna för två ortogonala polarisationstillstånd skiljer sig avsevärt (taktlängden kan vara så kort som flera millimeter). Denna design kan låsa polarisationstillståndet för den optiska signalen i en specifik axel och undertrycka polarisationslägekoppling orsakad av störningar såsom yttre stress och temperaturförändringar. Exempelvis uppnår Changfeis småläge-fältpolariserande fiber (lägesdiameter 4μm) en enskilda länkskivningsförlust på mindre än eller lika med 0. 22dB genom att optimera vågledningsstrukturen, uppfylla kraven med hög känslighetskänsla för kiselfoton-chips och litiumniobatmodulatorer.
Fysisk grund för polarisering multiplexeringsteknik
I 1,6T -system är polarisationsmultiplexering (PDM) kärnmedlet för att fördubbla spektraleffektiviteten. Polarisationsinriktande fiber använder en stabil dubbelbrytningsaxel för att säkerställa att signalerna från de två ortogonala polarisationstillstånd (x/y-axeln) inte stör varandra under överföringen. Till exempel använder Huaweis sammanhängande optiska kommunikationssystem EPDM-QPSK-modulering för att modulera två oberoende 100G-signaler till X/Y-polarisationstillstånd. Efter transmission genom polarisationsbehållande fiber använder den mottagande änden en polarisationsstråldel för att återställa den ursprungliga signalen.
Polarisationsläge Dispersion (PMD) undertryckande
PMD för vanlig optisk fiber kommer att orsaka slumpmässiga förändringar i polarisationstillstånd, vilket begränsar överföringshastigheten. Polarization-maintaining fiber reduces the PMD coefficient to below 0.01ps/√km (conventional single-mode fiber is about 0.1ps/√km) through a strong birefringence effect, thereby supporting ultra-long distance (such as more than 1000km without electrical relay) transmission required by the 1.6T system. I China Mobile's 800G Hollow-Core Fiber Test Network i Shenzhen-Dongguan ökades till exempel PMD-toleransen med 3 gånger genom samarbete mellan polarisation underhållande fiber- och DSP-teknik.
2. Systemarkitektur: Fullprocessanpassning från enhet till länk
Kooperativ design av optisk modul och polarisationsbehållande fiber
Silicon photonics integration technology: Yilanwei's silicon-based hybrid integrated optical engine adopts heterogeneous integration of silicon nitride and thin-film lithium niobate, and achieves low-loss coupling (insertion loss Less than or equal to 0.3dB) through polarization-maintaining fiber, supporting single-wave 400G modulation rate.
DSP-chip med låg effekt: Accelinks 1.6T OSFP224 DR8-modul är utrustad med ett 3NM DSP-chip. Efter att signalen som överförs genom polarisationsbehållningsfiber behandlas av DSP, kan bitfelfrekvensen kontrolleras under 1E -15, som uppfyller de stränga kraven i AI-träningskluster.
Anti-interferensoptimering av optiska fiberlänkar
Bending Performance: Changfeis R5mm böjresistent polarisation-underhållande fiber har en makroböjande ytterligare förlust av<0.1dB under 10 turns of 5mm bending radius, which is suitable for high-density wiring in data centers.
Temperaturstabilitet: Den termiska expansionskoefficienten för polarisation-underhållande fiber matchar beläggningsmaterialet, och fluktuationen av polarisationsförhållanden är mindre än 1dB i intervallet -40 grad ~ +85 grad, vilket säkerställer stabiliteten i intercontinentala submarina cabler.
Kompletterande applikationer med ihålig fiber
I det stadium då ihåliga fibern ännu inte är helt mogen är polarisationsbehållande fiber fortfarande det vanliga valet för 1,6T-system. Till exempel har China Mobils G.654.E Ultra-Low-Loss-fiber i kombination med polarisationsbehållande hoppare uppnått en enda fiber 80T-kapacitet mellan åtta navnoder, vilket ger tillförlitligt fysiskt skiktstöd för 1,6T-systemet.
3. Applikationsscenarier: Full täckning från datacenter till ryggradsnätverk
Intern sammankoppling i datacenter
Kortavståndsscenarier: Polarisationsbehållande fiber i kombination med VCSEL-optiska moduler kan förlänga 400 g överföringsavståndet från 30 m till 1 km, och uppfyller de höga täthetens samtrafikkrav mellan datorbyggnader i intelligenta datorcentra.
Vätskekylning: Temperaturmotståndet för polarisationsbehållande fiber stöder en helt nedsänkt vätskekylningslösning. Vid en energieffektivitet av PUE mindre än eller lika med 1,05 kan ett enda skåp stödja en 200 kW värmeavledningsbelastning.
Metro- och ryggradsnätverksöverföring
Långdistans icke-elektriska relä: De låga PMD-egenskaperna för polarisationsbehållande fiber i kombination med faskompensationsalgoritmen för DSP kan uppnå en enkelvåg 1,6T-signalöverföring över 1000 km på G.654.E-fiber utan behov av en elektrisk relästation.
Ultrabrett spektrumutvidgning: Polarisation-underhållande fiber stöder expansion till E/S-bandet (1360 ~ 1530nm). I kombination med den 24thz teoretiska bandbredden i ihålig fiber kan ultralaggranal överföring av 1,6T × 24 vågor i en enda fiber uppnås i framtiden.
Specialkommunikation och militärområden
De anti-elektromagnetiska interferensegenskaperna för polarisationsbehållande fiber gör det oföränderligt i militär kommunikation såsom radar och sonar. Till exempel använder 155 0 nm koherent vindlaserradar en polarisationsbehållande fiberlänk, som kan uppnå en vindhastighetsmätningsnoggrannhet på 0,1 m/s i en komplex elektromagnetisk miljö.
4. Frontier Progress: Material Innovation and System-nivåoptimering
Forskning och utveckling av nya polarisationsbehållfibrer
Fotonisk kristallpolarisation-underhållsfibrer: Genom utformningen av lufthåluppsättningar kan dubbelbrytningen ökas till storleksordningen 10^-3, vilket stödjer moduleringsformat med högre ordning (t.ex. 128QAM).
Fluoridpolarisation-underhållsfibrer: uppnå ultralågförlust (<0.01dB/km) in the infrared band (2~5μm), providing a new path for astronomical observation and quantum communication.
Integration med AI -teknik
Intelligent PMD-kompensation: CREDO: s 1.6T DSP-chip integrerar en AI-algoritm, som kan övervaka polarisationstillståndförändringarna av polarisationsbehållare i realtid, justera kompensationsparametrar dynamiskt och minska systemets bitfelhastighet med 50%.
Optisk datorarkitektur: Polarisation-underhållande fiber i kombination med kiselfotonisk neuronchip kan bygga ett optiskt domänneuralt nätverk och uppnå ultra-låg effekt resonemang för 0. 6W/GBPS.
Standardisering och branschkedjesamarbete
China Communications Standards Association (CCSA) formulerar standarder såsom "tekniska krav för polarisationsbehållningsfiber" för att främja standardiseringen av gränssnitt mellan polarisationsinriktande fiber och kiselfotonmoduler och tunnfilm litium-niobatmodulatorer. Till exempel har Yilanweis 45- -grad konvex fiberuppsättning uppnått låg förlustfusion med polarisationsbehållande fiber (förlust <0. 1db), vilket lägger grunden för storskalig massproduktion.
5. Utmaningar och framtida trender
Kostnad och skala flaskhals
Tillverkningsprocessen för polarisationsbehållningsfiber är komplex, och kostnaden är 3 till 5 gånger den för vanlig enstaka fiber. I framtiden är det nödvändigt att minska kostnaderna genom tekniker som fotonisk kristallfiber och förformteckningsautomation.
Tävling med ihålig fiber
Den olinjära effekten av ihålig kärnfiber är extremt låg, och den teoretiska överföringskapaciteten är mer än tio gånger den för fastkärnfiber. PMD-problemet med ihålig kärnfiber har emellertid inte lösts helt och polarisationsbehållningsfiber kommer fortfarande att dominera 1.6T-marknaden på kort sikt.
Teknikutvecklingsriktning
Ultra-high-hastighetsmodulering: Genom att kombinera 200Gbaud Baud-hastighet och 128QAM kan enskilda vågkapacitet överstiga 1,6T, och polarisationsbehållande fiber måste ytterligare förbättra polarisationsutrotningsförhållandet (＞ 30dB).
Kvantkommunikation: Polarisationstillståndets stabilitet för polarisationsbehållande fiber kan användas för kvantnyckelfördelning, och i framtiden kan den kombineras med kvantrelateknik för att bygga ett globalt kvantkommunikationsnätverk.
Genom ovanstående tekniska väg uppgraderas polarisationsbehållande fiber från en "Polarization State Guardian" till en "ultrahög-hastighetskommunikationsaktiver", vilket ger stöd för ett fast fysiskt lager för kommersiell utplacering av 1,6T Ethernet.
