Для этого рекорда впервые использовали ранее нестабильную полосу передачи. Чтобы понять, насколько это быстро, средняя скорость фиксированной широкополосной связи в США составляет 242,38 мегабита в секунду, тогда как исследователи достигли скорости 301 терабит в секунду.
Они достигли такой бешеной скорости, посылая инфракрасный свет через трубчатые нити стекла — именно так работает волоконно-оптическая широкополосная связь в целом. Но они задействовали спектральный диапазон, который никогда не использовался в коммерческих системах, так называемый "Е-диапазон". Для этого нужно было применить новые, изготовленные на заказ устройства.
Результаты испытаний, которые были проведены с использованием уже проложенных в земле волоконных кабелей, были опубликованы в марте Институтом инженерии и технологий (IET). Команда также представила исследование на Европейской конференции по оптической связи (ECOC) в Глазго в октябре 2023 года — но документ не был обнародован.
Новые горизонты
- Все коммерческие волоконно-оптические соединения передают данные по кабелю в инфракрасных диапазонах C и L в электромагнитном спектре, причем конкретная инфракрасная область, которая используется для интернет-соединений, занимает диапазон от 1 260 до 1 675 нанометров. Для сравнения, видимый свет занимает в спектре длину волн примерно от 400 до 700 нанометров.
- С-диапазон и L-диапазон, которые находятся в диапазоне от 1 530 до 1 625 нанометров, обычно используются в коммерческих соединениях, поскольку они являются наиболее стабильными, а это означает, что во время передачи данных теряется наименьшее их количество. Но ученые предполагают, что однажды огромный объем трафика приведет к тому, что эти два диапазона будут перегружены, а это значит, что для увеличения пропускной способности понадобятся дополнительные диапазоны передачи данных.
- S-диапазон, который является смежным с C-диапазоном и занимает от 1 460 до 1 530 нанометров, был коммерчески использован в сочетании с двумя другими в системе, известной как "мультиплексирование с разделением по длине волны" (WDM), в которой все три диапазона используются для достижения гораздо более высоких скоростей.
Однако ранее ученым никогда не удавалось эмулировать соединение в E-диапазоне, поскольку потери данных в этой зоне достигают чрезвычайно высокого уровня — примерно в пять раз более высокого, чем в C- и L-диапазонах. В частности, оптоволоконные кабели чувствительны к воздействию молекул гидроксила (OH), которые могут попадать в трубки и нарушать соединения как при производстве, так и естественным образом в окружающей среде. Е-диапазон называют диапазоном "водного пика", поскольку чрезвычайно высокие потери передачи вызваны поглощением молекул OH инфракрасным светом в этой области.
Стабилизация "водного пика"
В новом исследовании ученые построили систему, которая сделала возможной стабильную передачу данных в Е-диапазоне. Они продемонстрировали успешную и стабильную передачу данных на высоких скоростях, используя как Е-диапазон, так и соседний S-диапазон.
Для поддержания стабильной связи в этой области электромагнитного спектра исследователи создали два новых устройства, которые получили название "оптические усилители" и "эквалайзеры оптического усиления". Первый помогает усиливать сигнал на расстоянии, тогда как второй отслеживает каждый канал длины волны и регулирует амплитуду там, где это необходимо. Они развернули их в волоконно-оптических кабелях, чтобы обеспечить передачу данных в инфракрасном свете без нестабильности и потерь, которые обычно присущи соединениям в этих диапазонах.
В течение последних нескольких лет Астонский университет разрабатывал оптические усилители, которые работают в Е-диапазоне, который находится рядом с С-диапазоном в электромагнитном спектре, но примерно втрое шире. До разработки нашего устройства никому не удавалось должным образом эмулировать каналы Е-диапазона в контролируемом режиме,
– говорит Ян Филлипс, профессор электроники и компьютерной инженерии Астонского университета в Великобритании и один из ученых, работающих над этим проектом.
Хотя 301 Тбит/с является чрезвычайно большой скоростью, другие ученые в последние годы использовали волоконно-оптические соединения, чтобы продемонстрировать еще более высокие скорости. Например, команда из NICT в ноябре 2023 года установила мировой рекорд в 22,9 петабита в секунду - в 75 раз быстрее, чем скорость, которой достигла команда Астонского университета. Они использовали технологию WDM, но не имели доступа к волнам E-диапазона. Они продемонстрировали это высокоскоростное соединение на расстоянии 13 километров.