Optički kablovi čine okosnicu suvremene komunikacije, koja prenosi podatke i telefonske pozive po zemljama i ispod oceana. No, sve veća potražnja za podacima - od strujanja filmova do pretraživanja Interneta - vrši pritisak na tu mrežu jer postoje ograničenja u količini podataka koji se mogu gurnuti kroz kablove prije nego što se signal degradira, a novi kablovi su skupi za izgradnju.
Povezani sadržaj
- Istraživači su napokon smislili kako zaustaviti litijeve baterije da se spontano sabiraju
- FCC je upravo glasovao za očuvanje neto neutralnosti
Tim sa Sveučilišta u Kaliforniji, San Diego, mogao bi imati rješenje posuđujući tehniku koja se koristi kao drugo sredstvo za mjerenje: frekvencijski češalj. Ovi uređaji temeljeni na laseru omogućili su timu uklanjanje izobličenja koja bi se obično pojavila prije nego što je signal stigao do kraja kabela. Istraživači su poslali podatke dalje nego ikad prije - 7, 456 milja - bez potrebe da pojačavaju signal usput.
Ako njihova eksperimentalna tehnika ostane u stvarnom svijetu, optičkim kablovima će trebati manje skupih repetitora koji bi održavali jake signale. Pored toga, veća stabilnost signala unutar protoka podataka značila bi da bi više kanala moglo biti ukomponirano u jedan prijenos. Upravo sada, temeljna zamjena optičkih vlakana je što više podataka želite prenijeti, kraća je udaljenost koju možete poslati.
Vlaknasti optički signali jednostavno su kodirana svjetlost, bilo generirana laserom ili LED. Ovo svjetlo putuje niz tanke staklene kabele, odbijajući se s njihove unutarnje površine dok ne izađe na drugi kraj. Baš poput radiodifuznih emisija, laserski snop će imati određenu propusnu širinu ili raspon frekvencija koje pokriva, a tipični niz vlakana optičkog kabela može nositi više od jednog propusnog kanala.
Ali signali ne mogu putovati zauvijek i dalje se dekodiraju zbog takozvanih nelinearnih efekata, konkretno Kerr efekta. Da bi optika vlakana radila, svjetlost unutar vlakana mora prelaziti ili saviti određenu količinu dok putuje. Ali električna polja će promijeniti koliko stakla savija svjetlost, a svjetlost sama stvara malo električno polje. Promjena loma znači da postoje male promjene valne duljine odašiljanog signala. Uz to, male su nepravilnosti u staklu vlakana, što nije apsolutno savršen reflektor.
Male promjene valne duljine, koje se zovu podrhtavanje, zbrajaju i izazivaju međusobni razgovor između kanala. Treperenje izgleda slučajno jer prijenosnik optičkim vlaknom nosi desetine kanala, a učinak na svaki kanal je malo drugačiji. Budući da je Kerr efekt nelinearan, matematički gledano, ako postoji više kanala, ne možete ga samo oduzeti - proračun je mnogo složeniji i gotovo nemoguć za današnju opremu za obradu signala. Zbog toga je podrhtavanje teško predvidjeti i ispraviti.
"Shvatili smo da nejasnoća, ikad tako mala, uzrokuje da se cijela stvar čini kao da nije determinirana", kaže Nikola Alić, znanstvenik iz Instituta Qualcomm na UCSD-u i jedan od vođa eksperimentalnog rada.
U trenutnoj postavci optičkih vlakana, frekvencije kanala moraju biti dovoljno udaljene da ih podrhtavanje i ostali bučni efekti ne preklapaju. Također, jer se treperenje povećava s daljinom, dodavanjem energije više snage samo pojačava buku. Jedini način da se riješite je postavljanje skupih uređaja koji se nazivaju repetitori na kabel radi regeneracije signala i čišćenja buke - tipični transatlantski kabel ima repetitore instalirane na svakih 600 milja, rekao je Alic, a potrebni su vam po jedan za svaki kanal,
Istraživači s UCSD-a pitali su se mogu li pronaći način da podrhtavanje izgleda manje slučajno. Ako su točno znali koliko bi se valna duljina svjetlosti u svakom kanalu promijenila, tada bi to mogli nadoknaditi kad signal dođe do prijamnika. Tu je došao frekvencijski češalj. Alić kaže da mu je ideja pala nakon godina rada na povezanim poljima sa svjetlom. "To je bio trenutak jasnoće", kaže on. Češalj je frekvencijski uređaj koji generira lasersku svjetlost na puno vrlo specifičnih valnih duljina. Izlaz izgleda kao češalj, pri čemu je svaki "zub" na zadanoj frekvenciji, a svaki frekvencija točan višestruko od susjednih. Češljevi se koriste u izgradnji atomskog sata, u astronomiji, pa čak i u medicinskim istraživanjima.
Alić i njegovi kolege odlučili su otkriti što će se dogoditi ako koriste frekvencijski češalj za kalibraciju odlaznih optičkih signala. Usporedio ga je s dirigentom koji podešava orkestar. "Zamislite dirigenta pomoću tuning vilice da biste svima rekli što je sredina A", kaže on. Tim je ugradio pojednostavljene optičke sustave s tri i pet kanala. Kad su češljali za kalibraciju valnih duljina izlaznih signala, još uvijek su pronašli podrhtavanje, ali ovaj put su svi kanali podrhtavali na isti način. Ta pravilnost omogućila je dekodiranje signala i slanje na rekordnoj udaljenosti bez ponavljača. "To postupak čini determiniranim", kaže Alić, čiji je tim ovog tjedna izvijestio o rezultatima u časopisu Science .
Sethumadhavan Chandrasekhar, ugledni član tehničkog osoblja globalne telekomunikacijske tvrtke Alcatel-Lucent, jedan je od mnogih znanstvenika koji već dugi niz godina rade na problemu podrhtavanja optičkih vlakana. Njegov objavljeni rad uključuje odašiljanje fazno povezanih signala - dva signala koji su međusobno točno na 180 stupnjeva. Ova postavka znači da bi bilo koji od nelinearnih efekata koji uzrokuju buku bio otkazan.
Rad na UCSD-u je važan, ali još nije cjelovito rješenje, kaže Chandrasekhar. "Ono što nedostaje je da većina sustava sada ima dvostruku polarizaciju", kaže on, što znači da sustavi povećavaju kapacitet slanjem svjetlosnih signala koji su različito polarizirani. "Većina sustava danas prenosi informacije u dvjema polarizacijskim stanjima svjetlosti, a UCSD tim mora dokazati da njihova tehnika funkcionira pod uvjetima takvog scenarija prijenosa", kaže on.
Alić kaže da će se sljedeći set eksperimenata baviti tim problemom. Do sada smatraju da se ova tehnika može prilagoditi za uporabu u stvarnom svijetu, iako će zahtijevati izgradnju i upotrebu novog hardvera, za što će trebati vremena. Bilo kako bilo, povećanje dosega signala omogućit će mnogo agresivnije sastavljanje, pružajući više podataka i više udaljenosti bez brige zbog gubitka signala. "Nema razloga da se više bojimo", kaže.
