Блог

May 31, 2023

Изобретение, которое позволило оптоволокну распространиться по всему миру

Многие великие истории 1985 года получили свое признание и теперь почти забыты: New Coke, «We Are the World», подъем настольных издательских систем. Но одно на тот момент малоизвестное изобретение

Многие великие истории 1985 года получили свое признание и теперь почти забыты: New Coke, «We Are the World», подъем настольных издательских систем. Но одно на тот момент малоизвестное изобретение того года уже давно затмило шумные заголовки газет своего времени, поскольку оно составляет немаловажную часть коммуникационной инфраструктуры, объединяющей современный Интернет. В 1985 году тогдашний аспирант Роберт Мирс впервые описал волоконный усилитель, легированный эрбием (EDFA), устройство, которое использует энергию лазера для усиления сигналов, проходящих через химически модифицированное оптическое волокно. EDFA позволяет оптическим сигналам преодолевать трансконтинентальные расстояния без необходимости декодирования в электронные биты. Это также позволяет операторам связи передавать терабиты сигналов в секунду в отдельные подводные оптические волокна. Без этого дальняя связь была бы ограниченной и дорогой. Мирс объявил об этом достижении в статье 1985 года в журнале Electronics Lettersjournal IEEE. (Сегодня Мирс является техническим директором и основателем компании Atomera, занимающейся повышением производительности кремния.) В беседе с IEEE Spectrum Мирс обсудил влияние своей статьи 1985 года и то, как она привела к его нынешней работе — методу химической модификации выращивания кристаллов кремния для улучшить работу и надежность транзистора.

IEEE Spectrum: О чем эта статья и почему, по вашему мнению, она оказала такое влияние?

Роберт Мирс : В статье описана первая демонстрация оптического усиления в волоконно-оптическом усилителе, легированном эрбием. В статье я продемонстрировал, что оптическое усиление на 30 децибел возможно на новой на тот момент телекоммуникационной длине волны 1,5 микрометра с практической входной мощностью лазерной накачки в диапазоне нескольких милливатт. Сегодня усилитель известен просто как волоконный усилитель, легированный эрбием, или EDFA.

«[Усилитель из эрбиевого волокна] изменил передачу по оптоволокну, сделав возможным широкополосный доступ в Интернет».— Роберт Мирс, технический директор Atomera

До изобретения и демонстрации EDFA трансатлантические телекоммуникационные кабели работали со скоростью 140 мегабит в секунду и требовали подводных электронных ретрансляторов — систем, которые преобразовывали оптические сигналы в электронные и обратно — каждые несколько десятков километров. Сохраняя сигнал оптическим, можно одновременно усиливать несколько несущих длин волн, увеличивая полосу пропускания более чем на три порядка. Более того, сигналы остаются оптическими на межконтинентальных расстояниях в тысячи километров.

Роберт Мирс был аспирантом, когда опубликовал статью, которая впоследствии стала глобальным стандартом магистральных интернет-коммуникаций.

EDFA стал ключом к оптическому Интернету и позволил реализовать практическое оптическое усиление для оптических распределительных сетей на более короткие расстояния и переключателей длин волн.

Можете ли вы описать важные проблемы в этой области на момент написания этой статьи и что побудило вас сосредоточиться на этом конкретном исследовании?

Мерс: В то время в более широкой отрасли оптических коммуникаций существовало стремление увеличить расстояние, на которое можно было передать оптический сигнал, прежде чем потребуется электронный ретранслятор. Переходя к передаче в дальнем инфракрасном диапазоне (затухание фона из-за флуктуаций плотности гораздо меньше на более длинных волнах) и используя сложные методы когерентной связи, предполагалось расширить расстояние между ретрансляторами примерно до 200 километров, что позволит ретрансляторам базироваться на суше, а не на островах. чем подводная лодка.

Тем не менее такая передача была бы ограничена электронными ретрансляторами, вероятно, максимум в несколько гигагерц.

Напротив, сегодня, благодаря EDFA, сигнал остается оптическим на огромных межконтинентальных расстояниях в тысячи километров, а полоса пропускания одного усиленного волокна превышает 1 терагерц.

Имели ли вы в то время представление о том, какое влияние эта работа окажет на ваше сообщество? Как оно было получено изначально?