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Zuletzt aktualisiert: Juni 16, 2022

Veröffentlicht am 6.25.15 in der New York Times: An Advance May Double the Capabilities of Fiber Optics von John Markoff

Forscher haben einen Fortschritt angekündigt, der die Kapazität von Glasfaserschaltungen verdoppeln und möglicherweise den Weg für Netzwerke ebnen könnte, mehr Daten über große Entfernungen zu übertragen und gleichzeitig ihre Kosten erheblich zu senken.

Elektroingenieure der University of California in San Diego haben am Donnerstag im Journal Science einen Weg vorgeschlagen, um die Reichweite zu erweitern, die Laserlichtstrahlen in Glasfaserdrähten zurücklegen können, und theoretisch diese dramatische Verbesserung zu erreichen.

Eine Möglichkeit, die Herausforderung des Sendens von Daten über Glasfaserkreise zu verstehen, besteht darin, sich eine Person vorzustellen, die über einen langen Korridor zu einer anderen Person schreit. Wenn sich der Hörer weiter entfernt, werden die Wörter schwächer und schwieriger zu erkennen, wenn sie von den Wänden widerhallen.

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Ein Frequenzkamm, der Signale mit präzisen, gleichmäßig verteilten Frequenzen überträgt, hilft dabei, Daten zu entschlüsseln, die per Laserstrahl über große Entfernungen übertragen werden. Credit University of California, San Diego, Gruppe für Photoniksysteme.

Eine ähnliche Herausforderung stellt sich den Designern von Netzwerken, die Daten übertragen. Laserlichtstrahlen, die dicht in Glasfaserglasdrähte gepackt sind, müssen in regelmäßigen Abständen sowohl verstärkt als auch neu erstellt werden, um sie Tausende von Kilometern weit zu senden. Der Prozess der Umwandlung der optischen von Licht in Elektrizität und dann wieder zurück ist ein wesentlicher Teil der Kosten dieser Netze. Der Prozess begrenzt auch, wie viele Daten sie tragen können.

In ihrem Bericht beschrieb die Gruppe eine Möglichkeit, die über Laserstrahlen übertragenen Daten vorzuverzerren, damit sie über große Entfernungen leicht entschlüsselt werden können.

Dies erfolgt durch Erstellen von Leitplanken für die Lichtstrahlen mit einem als Frequenzkamm bekannten Gerät - unter Verwendung sehr präziser und gleichmäßig verteilter Signale -, um die Informationen zu codieren, bevor sie übertragen werden.

Dies hat den Effekt, dass ein digitales Wasserzeichen in die Originaldaten eingebettet wird, wodurch es möglich wird, Daten über viel größere Entfernungen genau zu übertragen und die Notwendigkeit, in relativ kurzen Intervallen optisch-elektronische Konvertierungen durchzuführen, entfällt.

Die Forscher sagten, sie hätten einen Übertragungsrekord für eine Glasfasernachricht aufgestellt und diese in einem Laborexperiment über 7,400 Meilen gesendet, ohne das Signal neu generieren zu müssen. Dieses Experiment wird in dem gerade veröffentlichten Artikel nicht diskutiert.

Die Forschung, die teilweise von Google und Sumitomo Electric Industries, einem Hersteller von Glasfaserkabeln, unterstützt wurde, ist laut Nikola Alic, einem der Autoren von, der Vision eines „rein optischen Netzwerks“ einen Schritt näher gekommen das Papier und ein Wissenschaftler im Photonics Laboratory des California Institute for Telecommunications and Information Technologies an der University of California in San Diego.

Ein solches Netzwerk wäre erheblich kostengünstiger und könnte mehr Daten übertragen. Bisher konnten die Forscher die Leistung der Laser um das Zwanzigfache steigern, um Übertragungen über weitaus größere Entfernungen zu erzielen, sagte er. Bisher war das Erhöhen der Leistung des Lasersignals in aktuellen Glasfasernetzen analog zum Bewegen in Treibsand. Je mehr Sie die Leistung erhöhen, desto größer ist die Herausforderung von Interferenzen und Verzerrungen.

"Je mehr Sie kämpfen, desto schlechter geht es Ihnen", sagte Herr Alic.

Bart Stuck, Risikokapitalgeber bei Signal Lake Management und ehemaliger Wissenschaftler der Bell Laboratories, der Forschungen zur Signalverarbeitung durchgeführt hat, sagte über das neue Papier: "Das ist großartige Technik."

Ähnliche Ideen wurden in einer früheren Ära der Kommunikation verwendet, bemerkte er. Obwohl das Konzept in der Welt der analogen Sprachkommunikation verwendet wurde, haben die Forscher der UC San Diego die Ideen in die Welt der optischen Kommunikation übertragen.

"Ihr Beitrag ist dies mit Gigabit pro Sekunde", sagte Herr Stuck.

Andere Optiker standen den Aussichten für den neuen Ansatz skeptischer gegenüber.

"Dies ist eine sehr interessante Forschung, aber es wird Herausforderungen geben, diesen Ansatz in der realen Welt anzuwenden", sagte Alan Huang, ein ehemaliger Forscher bei Bell Labs, der intensiv mit dem "Kerr-Effekt" gearbeitet hat, einem physikalischen Phänomen, das optische Signale verzerrt. was die San Diego-Forscher zu überwinden versuchen. "Ihre Ergebnisse werden je nach Art der übertragenen Daten mehr oder weniger effektiv sein."

Optische Netzwerke entstanden in den 1980er Jahren als schnellere und leistungsfähigere Alternative zur Kommunikation auf Kupferdrahtbasis. Ihre Fähigkeit, große Datenmengen zu transportieren, wurde weiter verbessert, indem mehrere Datenströme mit unterschiedlichen Frequenzen oder „Farben“ in demselben Lichtstrahl codiert wurden.

Da das Signal in regelmäßigen Abständen über große Entfernungen sowohl verstärkt als auch regeneriert werden muss, ist Strom für die Computer erforderlich, die die Umwandlung zwischen leichten und elektrischen Daten vornehmen. Jeder Konvertierungsschritt führt auch eine kurze Verzögerung oder "Latenz" ein. Die neue Forschung schlägt einen Weg vor, der die Regeneration über große Entfernungen effektiv eliminiert.

Das Wachstum des Internets, das hauptsächlich durch den explodierenden Verbrauch digitaler Videos angetrieben wird, nimmt weiterhin erheblich zu. Im vergangenen Monat berichtete Cisco, dass die jährlich übertragenen globalen Internetdaten bis Ende 250 einen Schwellenwert von einem Zettabyte oder umgerechnet 2016 Milliarden DVDs überschreiten würden.

Zum Vergleich: Alle 2013 im World Wide Web gespeicherten Informationen wurden auf vier Zettabyte geschätzt. Die jährlich übertragene Menge, die über Netzwerke gesendet und nicht nur gespeichert werden soll, wird voraussichtlich bis 2019 zwei Zettabyte pro Jahr erreichen.

Korrektur: 27. Juni 2015: In einer früheren Version dieses Artikels wurde falsch angegeben, wie oft die auf Laserstrahlen übertragenen Daten verstärkt und neu generiert werden müssen. Moderne Langstrecken-Glasfasernetzwerke regenerieren Signale in beträchtlichen Entfernungen, nicht ungefähr alle 60 Meilen.

Eine Version dieses Artikels erscheint am 26. Juni 2015 in gedruckter Form auf Seite B1 der New Yorker Ausgabe mit der Überschrift: Ein Fortschritt kann die Fähigkeiten von Glasfasern verdoppeln.

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