Для цього рекорду вперше використали раніше нестабільну смугу передачі. Щоб зрозуміти, наскільки це швидко, середня швидкість фіксованого широкосмугового зв’язку в США становить 242,38 мегабіта на секунду, тоді як дослідники досягли швидкості 301 терабіт на секунду.
Вони досягли такої шаленої швидкості, надсилаючи інфрачервоне світло через трубчасті нитки скла — саме так працює волоконно-оптичний широкосмуговий зв’язок загалом. Але вони задіяли спектральний діапазон, який ніколи не використовувався в комерційних системах, так званий «Е-діапазон». Для цього потрібно було застосувати нові, виготовлені на замовлення пристрої.
Результати випробувань, які були проведені з використанням вже прокладених в землі волоконних кабелів, були опубліковані в березні Інститутом інженерії і технологій (IET). Команда також представила дослідження на Європейській конференції з оптичного зв’язку (ECOC) в Глазго в жовтні 2023 року — але документ не був оприлюднений.
Нові горизонти
Усі комерційні волоконно-оптичні з’єднання передають дані по кабелю в інфрачервоних діапазонах C та L в електромагнітному спектрі, причому конкретна інфрачервона область, яка використовується для інтернет-з’єднань, займає діапазон від 1 260 до 1 675 нанометрів. Для порівняння, видиме світло займає в спектрі довжину хвиль приблизно від 400 до 700 нанометрів. С-діапазон і L-діапазон, які знаходяться в діапазоні від 1 530 до 1 625 нанометрів, зазвичай використовуються в комерційних з’єднаннях, оскільки вони є найбільш стабільними, а це означає, що під час передачі даних втрачається найменша їх кількість. Але вчені припускають, що одного дня величезний обсяг трафіку призведе до того, що ці два діапазони будуть перевантажені, а це означає, що для збільшення пропускної здатності знадобляться додаткові діапазони передачі даних. S-діапазон, який є суміжним з C-діапазоном і займає від 1 460 до 1 530 нанометрів, був комерційно використаний у поєднанні з двома іншими в системі, відомій як «мультиплексування з поділом по довжині хвилі» (WDM), в якій всі три діапазони використовуються для досягнення набагато вищих швидкостей.
Однак раніше вченим ніколи не вдавалося емулювати з’єднання в E-діапазоні, оскільки втрати даних у цій зоні досягають надзвичайно високого рівня — приблизно в п’ять разів вищого, ніж у C- і L-діапазонах. Зокрема, оптоволоконні кабелі чутливі до впливу молекул гідроксилу (OH), які можуть потрапляти в трубки й порушувати з’єднання як під час виробництва, так і природним чином у навколишньому середовищі. Е-діапазон називають діапазоном «водного піку», оскільки надзвичайно високі втрати передачі спричинені поглинанням молекул OH інфрачервоним світлом у цій області.
Стабілізація «водного піку»
У новому дослідженні вчені побудували систему, яка уможливила стабільну передачу даних в Е-діапазоні. Вони продемонстрували успішну й стабільну передачу даних на високих швидкостях, використовуючи як Е-діапазон, так і сусідній S-діапазон.
Для підтримки стабільного зв’язку в цій області електромагнітного спектра дослідники створили два нових пристрої, які отримали назву «оптичні підсилювачі» та «еквалайзери оптичного посилення». Перший допомагає посилювати сигнал на відстані, тоді як другий відстежує кожен канал довжини хвилі й регулює амплітуду там, де це необхідно. Вони розгорнули їх у волоконно-оптичних кабелях, щоб забезпечити передачу даних в інфрачервоному світлі без нестабільності та втрат, які зазвичай притаманні з’єднанням у цих діапазонах.
Протягом останніх кількох років Астонський університет розробляв оптичні підсилювачі, які працюють в Е-діапазоні, який знаходиться поруч з С-діапазоном в електромагнітному спектрі, але є приблизно втричі ширшим. До розробки нашого пристрою нікому не вдавалося належним чином емулювати канали Е-діапазону в контрольованому режимі,
– каже Ян Філліпс, професор електроніки та комп’ютерної інженерії Астонського університету у Великобританії та один з науковців, що працюють над цим проєктом.
Хоча 301 Тбіт/с є надзвичайно великою швидкістю, інші вчені в останні роки використовували волоконно-оптичні з’єднання, щоб продемонструвати ще вищі швидкості. Наприклад, команда з NICT у листопаді 2023 року встановила світовий рекорд у 22,9 петабіта на секунду — у 75 разів швидше, ніж швидкість, якої досягла команда Астонського університету. Вони використовували технологію WDM, але не мали доступу до хвиль E-діапазону. Вони продемонстрували це високошвидкісне з’єднання на відстані 13 кілометрів.