Tuščiaviduris{0}}šerdies pluoštas (HCF) yra pažangiausia-optinio pluošto technologija, kurioje vietoj tradicinio kieto stiklo ar silicio dioksido naudojama oru užpildyta šerdis, leidžianti šviesai sklisti oru. Ši naujovė pašalina pagrindinius įprastų optinių skaidulų apribojimus, siūlydama mažesnį delsą, sumažintą signalo praradimą ir minimalius netiesinius efektus. Idealiai tinka tokioms programoms kaip 5G/6G tinklai, duomenų centrai ir didelės-galios lazerinės sistemos, tuščiaviduris-šerdis keičia optinį ryšį. Šiame straipsnyje nagrinėjama jo struktūra, veikimo principai ir pranašumai, palyginti su tradiciniais optiniais pluoštais.
Kas yra tuščiaviduris{0}}pagrindinis pluoštas? Jo struktūros supratimas
Skirtingai nuo tradicinių optinių skaidulų, turinčių aukštą -lūžio-indekso stiklo šerdį ir mažesnį-lūžio-indeksą, tuščiaviduriai-šerdies pluoštai turi tuščiavidurį, oru užpildytą, paprastai dešimčių mikronų pločio šerdį, kurią supa mikrostruktūrinė danga. Šios struktūros, dažnai sukurtos kaip fotoniniai kristalai arba antirezonansinės sistemos (pvz., ploni stiklo vamzdeliai arba korio raštai), apriboja šviesą oro šerdyje.
Šviesos sklidimas tuščiaviduriuose{0}}šerdies pluoštuose priklauso nuo:
Photonic Bandgap: Periodiškas apmušalas sukuria juostos tarpą, kad būtų išvengta šviesos nutekėjimo.
Anti-rezonansinis vadovas: šviesa atsispindi nuo pagrindinių sienų, todėl efektyviai perduodama oru{0}}.
Maždaug 99% šviesos sklinda oru, sumažinant sąveiką su stiklu. Tai skiriasi nuo tradicinių pluoštų, kai šviesa sklinda per silicio dioksido šerdį, sukeldama nuostolius ir netiesiškumą. Dėl pažangių konstrukcijų, pvz., „Nested Anti-Resonant Nodeless Fiber“ (NANF), nuostoliai sumažėjo nuo 13 dB/km 2002 m. iki 0,28 dB/km iki 2020 m., o tai pabrėžia sparčią tuščiavidurio-šerdies pluošto technologijos pažangą.
Pagrindiniai tuščiavidurio{0}}šerdies pluošto pranašumai optiniuose ryšiuose
Tuščiavidurės-pagrindinės skaidulos suteikia daug pranašumų, palyginti su tradiciniais silicio dioksido-pagrįstais vienmodžiais-ar daugiamodiais skaidulomis, todėl tai yra žaidimo-keitiklis didelės-sparios duomenų perdavimo, ilgų{5}} nuotolių tinklams ir specializuotoms programoms. Žemiau pateikiami pagrindiniai jo pranašumai:
1. Sumažintas delsos greitesnis duomenų perdavimas
Tradiciniuose pluoštuose šviesa sklinda per silicio dioksidą (lūžio rodiklis ~1,45), sulėtėja iki maždaug dviejų -trečdalių vakuuminio šviesos greičio. Tuščiaviduriai-šerdies pluoštai, kurių šviesa sklinda ore (lūžio rodiklis ~1), pasiekia beveik-vakuuminį greitį, sumažindami delsą 30 %-50 %. 1000 km susisiekimui tai sutaupo milisekundes, o tai labai svarbu vykdant greitą{11}}prekybą,{13}}realaus laiko ryšį ir tokias programas kaip VR/AR. Tyrimai rodo, kad tuščiaviduriai pluoštai leidžia 45% greičiau perduoti signalą nei tradiciniai pluoštai.
2. Mažesnis signalo praradimas veiksmingai tolimojo{0}}transporto transmisijai
Tradiciniai pluoštai kenčia nuo Rayleigh sklaidos ir absorbcijos kietose šerdyje. Tuščiaviduriai{1}}šerdies pluoštai sumažina šviesos-medžiagų sąveiką, sumažindami atgalinę sklaidą iki 1/10 000 tradicinio lygio. Naujausiais patobulinimais buvo pasiekti net 0,28 dB/km nuostoliai, o kai kurios juostos rodo 35 % mažesnį slopinimą nei įprastiniai pluoštai. Tai palaiko didesnius perdavimo atstumus be kartotuvų, sumažinant išlaidas ir energijos suvartojimą duomenų centruose ir telekomunikacijų tinkluose.
3. Minimalūs netiesiniai efektai{0}}didelės talpos sistemoms
Netiesiniai efektai, pvz., savaiminis-fazinis moduliavimas ir keturių-bangų maišymas, iškraipo tradicinių skaidulų signalus perduodant didelę-galią. Tuščiavidurių-šerdies pluoštų netiesiniai koeficientai yra 1 000-10 000 kartų mažesni, todėl iškraipoma-nemokama didelė{11}}galia. Dėl to jie idealiai tinka bangos ilgio padalijimo tankinimo (WDM) sistemoms, palaikančioms terabitų -per-sek. duomenų spartą ateities tinklams.
4. Platesnis pralaidumas ir mažas{0}}praradimo spektras
Tuščiaviduriai{0}}šerdies pluoštai siūlo mažų-nuostolių langą iki 2100 nm, platesnį nei tradicinių skaidulų C-juostos (1550 nm). Tai suteikia daugiau bangos ilgio kanalų ir padidina bendrą pajėgumą. Sumažėjusi sklaida taip pat pašalina sudėtingų kompensavimo modulių poreikį, supaprastinant didelio{7}}pralaidumo, tolimojo{8}}sistemas.
5. Didelės{0}}galios valdymas ir universalios programos
Naudojant didelės galios{0}}lazerinius įrenginius, tradiciniai pluoštai gali sukelti materialinę žalą. Tuščiaviduriai -šerdies pluoštai atlaiko intensyvią lazerio spinduliuotę be degradacijos, todėl tinka medicinoje, pramonėje ir karinėje reikmėms. Jų mažas jautrumas temperatūrai ir spinduliuotei padidina patikimumą atšiaurioje aplinkoje.
Tuščiavidurio{0}}pagrindinio pluošto iššūkiai ir ateitis
Nepaisant pranašumų, tuščiaviduris{0}}šerdies pluoštas susiduria su tokiais iššūkiais kaip sudėtinga gamyba, lydymosi sujungimo sunkumai ir didesnės sąnaudos. Pralaidumo ir lenkimo nuostolių apribojimai sprendžiami atliekant nuolatinius tyrimus. Kai šios problemos bus išspręstos, tuščiaviduris{3}}šerdies pluoštas yra pasirengęs plačiai naudoti komerciniais tikslais.
Išvada: optinių ryšių ateitis
Tuščiaviduris{0}}pagrindinis pluoštas iš esmės keičia optinius ryšius savo oro-pagrindiniu dizainu, užtikrinančiu neprilygstamą greitį, efektyvumą ir talpą. Kadangi 5G, dirbtinis intelektas ir debesų kompiuterija skatina spartesnių tinklų poreikį, tuščiaviduris-pagrindinis pluoštas taps kertiniu pasaulinės duomenų infrastruktūros akmeniu, įgalinantis sklandų ir didelės spartos ryšį.
