Швидше вже нікуди: новий мініатюрний пристрій поліпшить інтернет у 10 разів

Пресреліз про дослідження опубліковано на сайті EurekAlert.

Вирішення критичної проблеми

За розрахунками співробітників Технологічного університету Чалмерса у Швеції, пристрої розміром лише кілька сантиметрів можуть посилити оптичні системи зв'язку з 30 нанометрів до приблизно 300 нанометрів, тобто в 10 разів.

Лазерні промені і так рухаються по оптоволокну зі швидкістю світла, і збільшити передачу даних навряд чи вдасться. Однак технологія дає змогу значно збільшити обсяг інформації, що передається оптоволоконними кабелями в будь-який момент часу.

Сучасна оптоволоконна магістраль інтернету дуже швидка, такої швидкості люди й уявити не могли в 1990-х роках. Однак впровадження штучного інтелекту, "інтернету речей", потокових сервісів та інших нових технологій вимагають розширення смуги пропускання, інакше система просто не зможе впоратися зі стрімко зростаючою кількістю трафіку.

За прогнозами експертів, до 2030 року пропускна здатність має зрости вдвічі, щоб впоратися з усіма даними. Можливо, шведські вчені вже мають рішення проблеми.

"Шум" заважає прогресу

Десятикратне збільшення пропускної спроможності значно поліпшить ситуацію, однак буде марним, разом із ним збільшиться і "шум" — перешкоди, які можуть спотворити сигнали. За різними оцінками, коефіцієнти шуму варіюються від 3 до 5,5 децибел, а найпоширенішими проблемами є дисперсія (як модова, так і хроматична), нелінійні ефекти та нестабільність підсилення.

Численні технічні дослідження підтверджують, що оптичні підсилювачі (як-от підсилювачі на основі волокон, легованих ербієм, напівпровідникові оптичні підсилювачі, пристрої на основі Рамана та підсилювачі з дистанційним оптичним накачуванням) мають важливе значення для підсилення сигналу й одночасного керування шумами. Очікується, що така конструкція поліпшить співвідношення сигнал/шум, знизить потребу в регенераторах і пом'якшить проблеми, що виникають через зростання мережевого трафіку.

Як запевняє команда, новий підсилювач на основі нітриду кремнію з невеликими спіральними хвилеводами може ефективно спрямовувати світло з мінімальними втратами і шумом. Розроблюваний підсилювач покликаний збільшити потужність без підвищення рівня шуму за рахунок інтеграції точних засобів управління модуляцією і стабілізацією. Очікується, що така конструкція поліпшить співвідношення сигнал/шум, знизить потребу в регенераторах і пом'якшить проблеми, що виникають через зростання мережевого трафіку.

"Головне нововведення цього підсилювача — його здатність збільшувати смугу пропускання вдесятеро, одночасно знижуючи рівень шуму більш ефективно, ніж будь-який інший тип підсилювача. Ця особливість дає йому змогу посилювати дуже слабкі сигнали, наприклад, ті, що використовуються в космічному зв'язку", — прокоментував у прес-релізі старший автор дослідження Пітер Андрексон.

Де будуть застосовувати

Оптоволоконні мережі використовують світло ближнього інфрачервоного діапазону через знижене загасання (втрати потужності сигналу), щоб зв'язок міг поширюватися далі без погіршення сигналу. Маючи це на увазі, нові підсилювачі працюють у тій частині електромагнітного спектра (зокрема, в діапазоні від 1400 до 1700 нанометрів), яка добре поєднується з поточними волоконно-оптичними технологіями.

Конструкції хвилеводів можна змінити для роботи в інших світлових режимах, включно з видимим світлом і середнім інфрачервоним діапазоном, останній з яких може поліпшити медичну діагностику. Як додав Пітер Андерсон, технологію також можна застосовувати для візуалізації, голографії, спектроскопії, мікроскопії, дослідження матеріалів.

Сучасний оптоволоконний інтернет передає дані за допомогою світлових імпульсів по скляних волокнах зі швидкістю до декількох терабіт на секунду. У кількох роботах описуються методи, що об'єднують щільне спектральне мультиплексування (DWDM), вдосконалені модулятори (включно з модуляторами Маха-Цендера та електроабсорбційними) і когерентне цифрове опрацювання сигналів для досягнення високих швидкостей передавання. Деякі дослідники вказують пропускну здатність близько 100 Гбіт/с, в той час як інші мають на увазі, що при використанні DWDM в діапазоні 1530-1565 нм системи можуть підтримувати кілька терабіт в секунду на волокно в ідеальних умовах.

Раніше писали про лазерний інтернет Taara, який може бути в 100 разів швидшим за Starlink і дешевшим за оптоволоконний. У 2026 році інженери планують випустити фотонний чіп, який спростить передачу даних.