Światłowód o grubości ludzkiego włosa może teraz przenosić ekwiwalent ponad 10 milionów szybkich domowych połączeń internetowych działających z pełną wydajnością.
Zespół japońskich, australijskich, holenderskich i włoskich badaczy ustanowił nowy rekord prędkości światłowodu będącego standardem branżowym, osiągając prędkość 1,7 petabitów na długości 67 km światłowodu. Włókno, które zawiera 19 rdzeni, z których każdy może przenosić sygnał, spełnia światowe standardy dotyczące rozmiaru włókien, dzięki czemu można je zastosować bez ogromnych zmian w infrastrukturze. I zużywa mniej przetwarzania cyfrowego, znacznie zmniejszając moc wymaganą na przesyłany bit.
Naukowcy z Macquarie University wsparli wynalazek, opracowując drukowany laserowo szklany chip 3D, który umożliwia dostęp z niskimi stratami do 19 strumieni światła przenoszonych przez światłowód i zapewnia kompatybilność z istniejącym sprzętem transmisyjnym.
Włókno zostało opracowane przez Japoński Narodowy Instytut Technologii Informacyjnych i Komunikacyjnych (NICT, Japonia) oraz Sumitomo Electric Industries, Ltd. (SEI, Japonia), a prace wykonano we współpracy z Politechniką w Eindhoven, Uniwersytetem L’Aquila oraz Uniwersytet Macquarie.
Cały światowy ruch internetowy jest przenoszony przez włókna światłowodowe, z których każdy ma grubość 125 mikronów (porównywalną z grubością ludzkiego włosa). Te standardowe światłowody łączą kontynenty, centra danych, wieże telefonii komórkowej, naziemne stacje satelitarne oraz nasze domy i firmy.
W 1988 roku pierwszy podmorski kabel światłowodowy po drugiej stronie Atlantyku miał przepustowość 20 megabitów lub 40 000 rozmów telefonicznych w dwóch parach światłowodów. Znany jako TAT 8, pojawił się w samą porę, aby wesprzeć rozwój sieci World Wide Web. Ale wkrótce osiągnął pełną pojemność.
Najnowsza generacja kabli podmorskich, takich jak kabel Grace Hopper, który wszedł do użytku w 2022 r., przenosi 22 terabity w każdej z 16 par włókien. To milion razy większa pojemność niż TAT 8, ale to wciąż za mało, aby zaspokoić zapotrzebowanie na telewizję strumieniową, wideokonferencje i całą naszą globalną komunikację.
„Dziesięciolecia badań nad optyką na całym świecie pozwoliły branży przesyłać coraz więcej danych przez pojedyncze włókna” – mówi dr Simon Gross z Macquarie University’s School of Engineering. „Użyli różnych kolorów, różnych polaryzacji, spójności światła i wielu innych sztuczek, aby manipulować światłem”.
Większość obecnych włókien ma pojedynczy rdzeń, który przenosi wiele sygnałów świetlnych. Ale ta obecna technologia jest praktycznie ograniczona do zaledwie kilku terabitów na sekundę z powodu interferencji między sygnałami.
„Moglibyśmy zwiększyć przepustowość, stosując grubsze włókna. Jednak grubsze włókna byłyby mniej elastyczne, bardziej kruche, mniej odpowiednie dla kabli długodystansowych i wymagałyby ogromnej przebudowy infrastruktury światłowodowej” — mówi dr Gross.
„Moglibyśmy po prostu dodać więcej włókien. Ale każde włókno zwiększa koszty sprzętu i koszty, a potrzebowalibyśmy o wiele więcej włókien”.
Aby sprostać wykładniczo rosnącemu zapotrzebowaniu na przepływ danych, firmy telekomunikacyjne potrzebują technologii, które oferują większy przepływ danych przy niższych kosztach.
Nowe włókno zawiera 19 rdzeni, z których każdy może przenosić sygnał.
„Tutaj, na Uniwersytecie Macquarie, stworzyliśmy kompaktowy szklany układ z wytrawionym wzorem falowodu za pomocą technologii druku laserowego 3D. Umożliwia on jednoczesne dostarczanie sygnałów do 19 pojedynczych rdzeni światłowodu przy jednolitych niskich stratach. Inne podejścia są stratne i mają ograniczoną liczbę rdzeni”, mówi dr Gross.
„Praca z japońskimi liderami technologii światłowodowej była ekscytująca. Mam nadzieję, że w ciągu pięciu do dziesięciu lat zobaczymy tę technologię w kablach podmorskich”.
Inny naukowiec biorący udział w eksperymencie, profesor Michael Withford ze Szkoły Nauk Matematycznych i Fizycznych Uniwersytetu Macquarie, uważa, że ten przełom w technologii światłowodów ma daleko idące implikacje.
“Chip optyczny opiera się na dziesięcioleciach badań nad optyką na Uniwersytecie Macquarie” – mówi profesor Withford. „U podstaw opatentowanej technologii znajduje się wiele zastosowań, w tym znajdowanie planet krążących wokół odległych gwiazd, wykrywanie chorób, a nawet identyfikacja uszkodzeń rur kanalizacyjnych”.