Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали новую технологию передачи сигналов, использование которой позволит минимум удвоить объемы информации, передаваемой через оптоволоконные коммуникационные каналы. Внедрение этой новой технологии, описание которой было опубликовано в последнем выпуске журнала Science, позволит «полностью изменить экономику, определяющую стоимость передачи потоков данных в современных сетях».

Сигналы, переносящие данные по оптоволокну в виде импульсов лазерного света, достаточно уязвимы для влияния оптических нелинейных искажений, вызываемых многократным взаимодействием фотонов света, имеющих немного различные длины волн. Эти нелинейные искажения становятся причиной того, что качество сигнала ухудшается при его передаче на большие расстояния. И для решения этой проблемы используется промежуточная ретрансляция, в ходе которой оптические сигналы преобразовываются в электрические, которые при помощи компьютерного анализа и цифровой обработки очищаются от любых искажений, и затем преобразовываются обратно в оптический сигнал, передаваемый дальше по заданному маршруту.

Такой процесс не только замедляет передачу данных, стоимость необходимого для этого оборудования составляет большую часть стоимости инфраструктуры разворачиваемых новых оптических сетей.

Исследователи из Калифорнийского университета обнаружили достаточно простой способ, позволяющий избавиться от нелинейных искажений. Это, в свою очередь, позволяет увеличить пропускную способность оптических коммуникационных каналов в два-четыре раза или увеличить на такое же значение расстояние, которое смогут преодолеть оптические сигналы, прежде, чем потребуется их регенерация.

Вся проблема заключается в том, что лазеры, используемые в оптических коммуникациях, хоть и имеют достаточно высокую стабильность, но все же излучают фотоны света, длина волны которых отличается на сотые доли процента. Такие отличия в длине волны происходят по совершенно случайным законам и белый шум, который они добавляют к потоку передаваемых данных, вызывает нелинейные искажения, которые очень тяжело или иногда просто невозможно отфильтровать.

Предложенный ученым метод заключается в том, чтобы сделать неконтролируемые изменения длин волн фотонов лазерного света упорядоченными и предсказуемыми. В телекоммуникационных технологиях, как правило, используются несколько лазеров, которые генерируют свет с определенными длинами волн, который одновременно распространяется по оптическому волокну. То, что сделали ученые из Калифорнии, прямо противоположно используемым технологиям, они, при помощи некоторых методов преобразовали импульс света лазера в импульс, состоящий из фотонов с несколькими фиксированными различными длинами волн.

Эксперименты, в которых данные передавались при помощи таких поли-импульсов, показали, что анализ искажений, которым подверглись фотоны с различными длинами волн, прошедшие через оптоволокно, длиной в 1000 метров, позволит точно определить количественные показатели нелинейных искажений. И это, в свою очередь, позволило при помощи самых простейших методов полностью избавиться от искажений, получив на выходе абсолютно чистый сигнал.

Следует заметить, что пока эта технология требует некоторого количества достаточно громоздкого оптического оборудования. Но, с учетом нынешних темпов развития кремниевой фотоники и других смежных с этим областей, можно ожидать, что не в таком уж и далеком будущем разработанная калифорнийскими учеными технология передачи может быть миниатюризирована до того уровня, когда ее можно будет использовать на практике. А это, в свою очередь, позволит избавиться от необходимости установки дорогостоящих ретрансляторов сигнала или, что еще более важно, увеличить скорости передачи информации по оптическому волокну минимум в два раза.