Быстрее уже некуда: новое миниатюрное устройство улучшит интернет в 10 раз

Пресс-релиз об исследовании опубликован на сайте EurekAlert.

Решение критической проблемы

По расчетам сотрудников Технологического университета Чалмерса в Швеции, устройства размером всего несколько сантиметров могут усилить оптические системы связи с 30 нанометров до примерно 300 нанометров, то есть в 10 раз.

Лазерные лучи и так движутся по оптоволокну со скоростью света, и увеличить передачу данных вряд ли удастся. Однако технология позволяет значительно увеличить объем информации, передаваемой по оптоволоконным кабелям в любой момент времени.

Современная оптоволоконная магистраль интернета очень быстра, такой скорости люди и представить не могли в 1990-х годах. Однако внедрение искусственного интеллекта, "интернета вещей", потоковых сервисов и других новых технологий требуют расширения полосы пропускания, иначе система просто не сможет справиться со стремительно растущим количеством трафика.

По прогнозам экспертов, к 2030 году пропускная способность должна вырасти вдвое, чтобы справиться со всеми данными. Возможно, шведские ученые уже решение проблемы.

"Шум" мешает прогрессу

Десятикратное увеличение пропускной способности значительно улучшит ситуацию, однако будет бесполезным, вместе с ним увеличится и "шум" — помехи, которые могут исказить сигналы. По разным оценкам, коэффициенты шума варьируются от 3 до 5,5 децибел, а распространенными проблемами являются дисперсия (как модовая, так и хроматическая), нелинейные эффекты и нестабильность усиления.

Многочисленные технические исследования подтверждают, что оптические усилители (такие как усилители на основе волокон, легированных эрбием, полупроводниковые оптические усилители, устройства на основе Рамана и усилители с дистанционной оптической накачкой) имеют важное значение для усиления сигнала и одновременного управления шумами. Ожидается, что такая конструкция улучшит соотношение сигнал/шум, снизит потребность в регенераторах и смягчит проблемы, возникающие из-за растущего сетевого трафика.

Как уверяет команда, новый усилитель на основе нитрида кремния с небольшими спиральными волноводами может эффективно направлять свет с минимальными потерями и шумом. Разрабатываемый усилитель призван увеличить мощность без повышения уровня шума за счет интеграции точных средств управления модуляцией и стабилизацией. Ожидается, что такая конструкция улучшит соотношение сигнал/шум, снизит потребность в регенераторах и смягчит проблемы, возникающие из-за растущего сетевого трафика.

"Главное новшество этого усилителя — его способность увеличивать полосу пропускания в десять раз, одновременно снижая уровень шума более эффективно, чем любой другой тип усилителя. Эта особенность позволяет ему усиливать очень слабые сигналы, например, те, которые используются в космической связи", — прокомментировал в пресс-релизе старший автор исследования Питер Андрексон.

Где будут применять

Оптоволоконные сети используют свет ближнего инфракрасного диапазона из-за сниженного затухания (потери мощности сигнала), чтобы связь могла распространяться дальше без ухудшения сигнала. Имея это в виду, новые усилители работают в той части электромагнитного спектра (в частности, в диапазоне от 1400 до 1700 нанометров), которая хорошо сочетается с текущими волоконно-оптическими технологиями.

Конструкции волноводов можно изменить для работы в других световых режимах, включая видимый свет и средний инфракрасный диапазон, последний из которых может улучшить медицинскую диагностику. Как добавил Питер Андерсон, технологию также можно применять для визуализации, голографии, спектроскопии, микроскопии, исследовании материалов.

Современный оптоволоконный интернет передает данные с помощью световых импульсов по стеклянным волокнам со скоростью до нескольких терабит в секунду. В нескольких работах описываются методы, объединяющие плотное спектральное мультиплексирование (DWDM), усовершенствованные модуляторы (включая модуляторы Маха-Цендера и электроабсорбционные) и когерентную цифровую обработку сигналов для достижения высоких скоростей передачи. Некоторые исследователи указывают пропускную способность около 100 Гбит/с, в то время как другие подразумевают, что при использовании DWDM в диапазоне 1530–1565 нм системы могут поддерживать несколько терабит в секунду на волокно в идеальных условиях.

Ранее писали о лазерном интернете Taara, который может быть в 100 раз быстрее Starlink и дешевле оптоволоконного. В 2026 году инженеры планируют выпустить фотонный чип, который упростит передачу данных.