SPIE tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Şəkil konseptual olaraq, vahid kvadrat nöqtələrdən ibarət strukturlaşdırılmış şəbəkə yaratmaq üçün 5×5 VCSEL massivini və xüsusi şüa formalı optikləri birləşdirən kompakt, çip miqyaslı platformanı təmsil edir. Müəllif: H. Safi (Kembric Universiteti)

Müasir həyat sürətli və etibarlı simsiz bağlantılardan asılıdır. Video zənglər, yayım xidmətləri, virtual reallıq və ağıllı cihazlar artıq milyardlarla istifadəçiyə xidmət göstərən şəbəkələrə artan tələblər qoyur. Bu gün simsiz məlumatların əksəriyyəti Wi-Fi və mobil sistemlər kimi radio əsaslı texnologiyalar vasitəsilə ötürülür.

Bu yanaşmalar olduqca uğurlu olsa da, onlar artan çətinliklərlə üzləşirlər, o cümlədən sıx radio spektri, sıx qapalı məkanlarda müdaxilə və daha çox cihaz internetə çıxdıqca artan enerji istehlakı.

Ümidverici tamamlayıcı yanaşma, məlumat ötürmək üçün radio dalğaları əvəzinə işıqdan istifadə edən optik simsiz rabitədir. İşıq radio tezliklərindən daha çox bant genişliyi təklif edir, mövcud simsiz sistemlərə müdaxilə etmir və dəqiq olaraq müəyyən yerlərə yönəldilə bilər.

Bu xüsusiyyətlər optik simsiz əlaqələri ofislər, evlər, məlumat mərkəzləri, xəstəxanalar və ictimai yerlər kimi qapalı mühitlər üçün xüsusilə cəlbedici edir, burada bir çox istifadəçinin yaxınlıqda yüksək sürətli bağlantılara ehtiyacı var.

Advanced Photonics Nexus jurnalında dərc olunmuş bir araşdırmada tədqiqatçılar çox yüksək məlumat sürətini təkmilləşdirilmiş enerji səmərəliliyi ilə birləşdirən kompakt optik simsiz ötürücü nümayiş etdirirlər.

Sistem, kiçik yarımkeçirici lazerlər massivi və işığın istifadəçilərə necə çatdırıldığını formalaşdıran diqqətlə hazırlanmış optik qurğudan ibarət kiçik bir çip ətrafında qurulub. Bu elementlər birlikdə yüksək tutumlu qapalı simsiz rabitə üçün genişlənə bilən bir platforma təşkil edir.

Çoxlu sayda kiçik lazerlə məlumat göndərmək

Sistemin mərkəzində xüsusi hazırlanmış 5 × 5 ölçülü şaquli boşluqlu səth şüalandırıcı lazerlər və ya VCSEL-lər var. Bu lazerlər infraqırmızı işıq yayır və məlumat mərkəzlərində və sensor tətbiqlərində geniş istifadə olunur, çünki onlar səmərəli işləyə və yüksək sürətlə modulyasiya edilə bilir. Əhəmiyyətli olan odur ki, VCSEL-lər standart yarımkeçirici istehsal üsullarından istifadə edərək böyük massivlərdə istehsal edilə bilər.

Bu işdə, massivdəki hər bir lazer fərdi olaraq ünvanlana bilər və öz məlumat axınını ötürə bilər. Tədqiqatçılar bir çox lazeri paralel olaraq işlətməklə ümumi məlumat tutumunu tək bir işıq mənbəyinin təmin edə biləcəyindən daha çox artıra bildilər.

Bütün lazer massivi bir millimetrdən kiçik ölçülü çipə sığır, bu da onu kompakt simsiz giriş nöqtələri ilə uyğunlaşdırır və ya hətta smartfonlar kimi cihazlara asanlıqla inteqrasiya edilə bilər.

Komanda, mövcud yarımkeçirici proseslərdən istifadə edərək lazer massivini hazırladı və hazır çipi xüsusi dövrə lövhəsinə quraşdırdı. İlkin sınaqlar göstərdi ki, lazerlər massiv boyunca ardıcıl olaraq işləyir, sabit çıxış gücü istehsal edir və yüksək sürətli modulyasiyanı dəstəkləyir.

Yüksək sürətli optik simsiz bağlantılar

Performansı qiymətləndirmək üçün tədqiqatçılar iki metr uzunluğunda boş məkan optik əlaqəsi qurdular. Hər bir lazer, məlumatları bir çox yaxın məsafəli tezlik kanallarına bölən modulyasiya texnikasından istifadə edilərək idarə edildi və bu da sistemin siqnal keyfiyyətindəki dəyişikliklərə uyğunlaşarkən mövcud bant genişliyindən səmərəli istifadə etməsinə imkan verdi.

Təcrübələrdə 25 lazerdən 21-i işlək vəziyyətdə idi. Fərdi lazerlər saniyədə təxminən 13 ilə 19 gigabit arasında məlumat ötürmə sürətinə nail oldular. Birləşdirildikdə, sistem saniyədə 362,7 gigabit ümumi məlumat ötürmə sürətinə çatdı. Bu, boş yerlə birləşdirilmiş qəbuledicidən istifadə edən çip miqyaslı optik simsiz ötürücü üçün bildirilən ən yüksək ötürmə qabiliyyətlərindən birini təmsil edir.

Tədqiqatçılar qeyd edirlər ki, əldə edilən sürətlər ölçmələrdə istifadə edilən kommersiya fotodetektorunun bant genişliyi ilə məhdudlaşıb. Daha sürətli qəbuledicilərlə eyni ötürücü arxitekturası daha yüksək məlumat sürətlərini dəstəkləyə bilər.

Birdən çox istifadəçi üçün forma verən işıq

Birdən çox işıq şüasının eyni anda göndərilməsi yeni çətinliklər yaradır. Şüalar çox üst-üstə düşərsə, siqnallar bir-birinə müdaxilə edə bilər və bu da qəbuledicilərin məlumat axınlarını ayırmasını çətinləşdirir. Bunu həll etmək üçün komanda lazer massivindən yayılan işığı formalaşdıran və idarə edən kompakt optik sistem hazırladı.

Xüsusi mikrolinza massivi əvvəlcə hər lazerdən gələn işığı birləşdirir. Daha sonra əlavə linzalar şüaları qəbuledici müstəvidə kvadrat işıqlandırma nöqtələrindən ibarət strukturlaşdırılmış şəbəkəyə yenidən paylayır. Bu tənzimləmə hər bir şüanın müəyyən bir sahəni minimal üst-üstə düşmə ilə əhatə etməsini təmin edir.

Ölçmələr göstərdi ki, formalı şüalar iki metr məsafədə işıqlandırılmış bölgədə 90%-dən çox vahidliyə nail olub. Bu strukturlaşdırılmış işıqlandırma eyni otaqdakı fərqli istifadəçilərə və ya cihazlara fərqli şüalar təyin etməyə imkan verir.

Tədqiqatçılar eyni zamanda bir neçə lazeri aktivləşdirərək çoxistifadəçili əməliyyatı da sınaqdan keçirdilər. Dörd aktiv şüa ilə nümayişdə hər bir əlaqə sabit rabitəni qorudu və sistem saniyədə təxminən 22 gigabit məlumat ötürmə sürəti təmin etdi. Nəticələr göstərir ki, birdən çox optik simsiz əlaqə əhəmiyyətli müdaxilə olmadan paralel olaraq işləyə bilər.

Bit başına daha az enerji istifadəsi

Enerji səmərəliliyi, xüsusən də məlumat trafikinin artmaqda davam etdiyi bir vaxtda, gələcək simsiz şəbəkələr üçün əsas narahatlıq doğurur. Ənənəvi radio əsaslı sistemlər daha yüksək məlumat sürəti ötürmək üçün artan miqdarda enerji tələb edir ki, bu da baha başa gələ və ekoloji cəhətdən ağır yükə çevrilə bilər.

Burada nümayiş olunan optik simsiz sistem təbii olaraq enerjiyə qənaət edən və birbaşa yüksək sürətlə idarə oluna bilən lazer mənbələrindən istifadə edir. Nəticədə, hər bit məlumatın ötürülməsi üçün tələb olunan enerji tipik Wi-Fi sistemlərinə nisbətən xeyli aşağıdır. Tədqiqatçılar bit başına təxminən 1,4 nanojoul enerji istehlakını ölçdülər ki, bu da müqayisə edilə bilən şəraitdə ən müasir Wi-Fi üçün bildirilən enerjinin təxminən yarısıdır.

Mövcud simsiz şəbəkələrin tamamlanması

Tədqiqatçılar optik simsiz rabitənin Wi-Fi və ya mobil şəbəkələri əvəz etmək üçün deyil, onları tamamlamaq üçün nəzərdə tutulduğunu vurğulayırlar. Optik bağlantılar otaqlarda, ofislərdə, fabriklərdə və ya yüksək tutum tələb olunan digər qapalı məkanlarda yerləşdirilə bilər və bu da izdihamlı radio şəbəkələrindən gələn trafikin azaldılmasına səbəb ola bilər.

Gələcəkdə oxşar sistemlər işıqlandırma qurğularına, tavanlara və ya giriş nöqtələrinə inteqrasiya oluna bilər və eyni anda bir çox istifadəçiyə sürətli, təhlükəsiz və enerjiyə qənaət edən simsiz bağlantı təmin edə bilər.

Lazer massivlərini, yüksək sürətli məlumat ötürülməsini və diqqətlə hazırlanmış optikləri kompakt platformada birləşdirərək, bu iş enerji istifadəsində müvafiq artım olmadan daha yüksək performans təmin edən yeni nəsil qapalı simsiz şəbəkələrə doğru praktik bir yol göstərir.