La tecnologia dei trasmettitori in fibra ottica si sta estendendo ai campi della comunicazione tradizionale. Nel campo dell'intelligenza artificiale, le interconnessioni ottiche ad alta-velocità sono fondamentali per superare i colli di bottiglia computazionali; nella comunicazione a luce visibile (VLC), potrebbe fornire nuove risorse spettrali per il 6G. Attraverso l'integrazione con tecnologie come la fotonica a microonde, può essere applicato anche ad aree più ampie, tra cui il rilevamento, l'imaging e la difesa.
01 Evoluzione tecnologica
ILtrasmettitore in fibra ottica, un componente fondamentale dei sistemi di comunicazione ottica, sta subendo una trasformazione da un singolo-modulo funzionale in un sistema intelligente e ad alta-efficienza. I primi trasmettitori in fibra ottica eseguivano principalmente la conversione elettro-ottica di base, ma ora sono diventati un elemento chiave che determina le prestazioni di intere reti di comunicazione.
Secondo le ultime ricerche del Fraunhofer Institute, i tradizionali sistemi in fibra ottica non sono più in grado di soddisfare le esigenze delle applicazioni future. Ciò ha costretto i ricercatori a sviluppare tecnologie di trasmissione in fibra ottica più avanzate, come l'utilizzo di interruttori selettivi della lunghezza d'onda-e il multiplexing a divisione spaziale per migliorare la capacità e la flessibilità della rete.
Una direzione cruciale nell’evoluzione tecnologica è il miglioramento dell’efficienza spettrale. I ricercatori hanno sviluppato nuovi tipi di reticoli per aumentare la risoluzione spettrale dai tradizionali 100GHz a 25GHz. Ciò rende le bande di frequenza per la trasmissione dei dati più strette e i pacchetti di dati più piccoli, consentendo così la trasmissione simultanea di più pacchetti di dati all'interno della stessa fibra ottica.
02 Vantaggi prestazionali
Il motivo per cui i trasmettitori in fibra ottica sono diventati il fulcro delle moderne reti di comunicazione risiede nei loro molteplici vantaggi prestazionali. La capacità di trasmissione ad alta-velocità è una delle loro caratteristiche più importanti, poiché supporta velocità di trasferimento dati di Gbps e anche superiori.
Questa caratteristica li rende ampiamente applicabili in scenari che richiedono una trasmissione massiccia di dati, come le interconnessioni dei data center e l'accesso a banda larga. Al contrario, i tradizionali cavi in rame sono significativamente limitati sia nella velocità di trasmissione che nella distanza in condizioni comparabili.
I trasmettitori in fibra ottica utilizzano segnali ottici per trasmettere i dati, con conseguente perdita di trasmissione e attenuazione inferiori rispetto ai tradizionali cavi in rame. Ciò significa che i segnali possono mantenere un'elevata qualità e stabilità su lunghe distanze, riducendo l'impatto dell'attenuazione del segnale sulla qualità della comunicazione.
Questa proprietà è particolarmente importante per gli scenari che richiedono una copertura a lunga-distanza, come le reti metropolitane (MAN) e le reti geografiche (WAN).Trasmettitori in fibra otticapuò raggiungere la trasmissione di dati su decine o addirittura centinaia di chilometri.
I trasmettitori in fibra ottica sono meno suscettibili alle interferenze elettromagnetiche esterne durante la trasmissione. Rispetto alla trasmissione via cavo, possono mantenere meglio l'integrità e la stabilità del segnale, sono meno soggetti a fattori ambientali e garantiscono un trasferimento dati sicuro e affidabile.
03 Scenari applicativi
Gli scenari applicativi per i trasmettitori in fibra ottica si sono estesi dalle telecomunicazioni tradizionali a molteplici settori emergenti. Le loro caratteristiche prestazionali determinano la loro idoneità a diversi scenari.
La tabella seguente confronta i requisiti prestazionali per i trasmettitori in fibra ottica in diversi scenari applicativi:
| Scenario applicativo | Principali requisiti prestazionali | Distanza di trasmissione tipica | Caratteristiche Tecniche |
|---|---|---|---|
| Interconnessione del data center | Alta velocità, bassa latenza | Media-Breve distanza | Distribuzione ad alta-densità, basso consumo energetico |
| MAN/WAN | Lunga distanza, alta stabilità | Da decine a centinaia di chilometri | Forte anti-interferenza, perdite ridotte |
| Reti future (6G/Comunicazione quantistica) | Ultra-capacità elevata, flessibilità | Combinata Lunga/Breve Distanza | Tecnologie di multiplexing, scalabilità |
| Reti CATV | Alta qualità del segnale, ampia copertura | Lunga distanza | Elevata potenza in uscita, controllo della distorsione |
| Sistemi di sorveglianza | Stabile e affidabile, alta adattabilità | Media-Breve distanza | Forte adattabilità ambientale, facile implementazione |
Nel campo delle interconnessioni dei data center, le dimensioni ridotte e la natura leggera deitrasmettitori in fibra otticaconsentono layout e installazione flessibili in ambienti-con vincoli di spazio. L'utilizzo di moduli ottici e cavi di connessione consente l'implementazione di cavi e porte ad alta-densità, soddisfacendo le esigenze dei data center su larga-scala in termini di densità di interfaccia e compattezza delle apparecchiature.
Con lo sviluppo di nuove tecnologie come i veicoli autonomi, la comunicazione mobile 6G e la comunicazione quantistica, la domanda di reti in fibra ottica è in continuo aumento. Queste applicazioni richiedono velocità di trasmissione dati più elevate e una latenza inferiore, che i tradizionali trasmettitori in fibra ottica non sono più in grado di soddisfare pienamente.
Il progetto WESORAM sviluppato dal Fraunhofer Institute tedesco ha dimostrato con successo la capacità di instradare arbitrariamente i segnali da 8 canali di ingresso a 16 canali di uscita. Questa funzionalità di "connessione incrociata" aumenta la capacità della rete e fornisce una maggiore flessibilità per la trasmissione e l'instradamento dei flussi di dati.
Anche i trasmettitori in fibra ottica appositamente progettati svolgono un ruolo fondamentale nelle reti televisive via cavo (CATV). Ad esempio, i trasmettitori I-Type Medallion 6000 serie 1550 nm modulati esternamente di EMCORE sono ottimizzati per i sistemi CATV internazionali, supportando collegamenti in fibra fino a 150 chilometri.
04 Progresso del settore
La tecnologia dei trasmettitori in fibra ottica è in fase di rapido sviluppo, con numerosi progetti di ricerca innovativi che guidano il progresso in questo campo. Gli scienziati hanno raggiunto un importante passo avanti nella velocità di comunicazione in fibra ottica, realizzando una velocità di trasmissione di 1,84 Pbit/s su una fibra lunga circa 8-chilometri.
Questa velocità equivale alla trasmissione di dati da circa 236 dischi rigidi da un-terabyte (1TB) al secondo, circa il doppio dell'attuale traffico Internet globale totale. In particolare, il gruppo di ricerca ha raggiunto per la prima volta una velocità superiore a 1 Pbit/s utilizzando solo un “singolo laser + singolo chip ottico”.
La tecnologia del pettine di frequenza ottica è stata fondamentale per questa svolta. Questa tecnologia converte la luce proveniente da un laser a infrarossi in uno spettro arcobaleno composto da molti colori, in cui la frequenza e le differenze di frequenza tra ciascuna luce monocromatica sono fisse, rendendola adatta al multiplexing a divisione di lunghezza d'onda.
Tutta la luce generata è coerente, consentendo l'elaborazione congiunta del segnale digitale tra diversi canali, accelerando notevolmente la velocità di trasmissione dei dati.
Sono stati compiuti progressi significativi anche nella tecnologia delle fibre multi-core. Un gruppo di ricerca del National Institute of Standards and Technology (NIST) degli Stati Uniti ha dimostrato per la prima volta che i segnali ottici ultrastabili dell'orologio atomico possono essere trasmessi in modo compatibile insieme ai dati delle telecomunicazioni in una fibra multi-core distribuita su decine di chilometri.
Ciò significa che le reti emergenti in fibra ad alta-capacità potrebbero non solo trasmettere enormi quantità di dati ma anche potenzialmente sincronizzare gli orologi atomici di tutto il mondo con elevata precisione.
05 Sfide e futuro
Nonostante i progressi significativi, la tecnologia dei trasmettitori in fibra ottica deve ancora affrontare numerose sfide. Il costo è uno di questi, soprattutto nei sistemi WDM (wavelength division multiplexing), dove il costo dei componenti ottici e optoelettronici è elevato, in parte a causa della necessità di una precisa sintonizzazione della lunghezza d'onda.
Le proprietà fisiche dei dielettrici utilizzati in questi componenti dipendono dalla temperatura-. Questa sensibilità alla temperatura può causare spostamenti nelle lunghezze d'onda del filtro.
Il progetto OPTIMUX, avviato dal Fraunhofer HHI Institute, è dedicato allo sviluppo di soluzioni di multiplexing innovative ed efficienti per l'intero percorso di trasmissione. Il progetto si concentra su strategie di multiplexing ottimali per la trasmissione di dati in fibra ottica utilizzando il multiplexing spaziale, con l'obiettivo di raggiungere velocità di simbolo fino a 300 GBd.
Con il rapido sviluppo della digitalizzazione e l'aumento delle applicazioni basate sui dati-, l'infrastruttura di rete esistente sta raggiungendo i suoi limiti. Mentre il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda è un metodo comune, il multiplexing spaziale offre un nuovo percorso per l'ottimizzazione della rete. Utilizzando più nuclei di fibra e modalità di trasmissione, la capacità può essere aumentata in modo significativo.
