광섬유 통신기술의 개발 현황 및 전망 편집자 주

다양한 기술의 적용을 통해 학계와 산업계는 광섬유 통신 시스템의 스펙트럼 효율이 근본적으로 한계에 도달했습니다. 전송 용량을 지속적으로 증가시키려면 시스템 대역폭 B를 증가시키거나(용량을 선형적으로 증가시키는 방식) 신호대잡음비를 높이는 방법밖에 없습니다. 구체적인 논의는 다음과 같습니다.

1. 전송 전력 증가를 위한 솔루션
고전력 전송으로 인한 비선형 효과는 광섬유 단면적의 유효 면적을 적절히 증가시킴으로써 줄일 수 있으므로, 단일 모드 광섬유 대신 소수 모드 광섬유를 사용하여 전송하는 것이 전력을 증가시키는 해결책입니다. 또한, 현재 비선형 효과에 대한 가장 일반적인 해결책은 디지털 역전파(DBP) 알고리즘을 사용하는 것이지만, 알고리즘 성능 향상은 계산 복잡도 증가로 이어질 것입니다. 최근 비선형 보상 분야에서 머신 러닝 기술의 연구가 좋은 응용 가능성을 보여주면서 알고리즘의 복잡도를 크게 낮출 수 있게 되었습니다. 따라서 향후 DBP 시스템 설계에 머신 러닝을 활용할 수 있을 것입니다.

2. 광 증폭기의 대역폭을 증가시킨다
대역폭을 늘리면 EDFA의 주파수 대역 제한을 극복할 수 있습니다. C 대역과 L 대역 외에도 S 대역도 적용 범위에 포함될 수 있으며, SOA 또는 라만 증폭기를 사용하여 증폭할 수 있습니다. 그러나 기존 광섬유는 S 대역 이외의 주파수 대역에서 손실이 크기 때문에 전송 손실을 줄이기 위해 새로운 유형의 광섬유 설계가 필요합니다. 하지만 나머지 대역에서는 상용 광 증폭 기술 또한 과제입니다.

3. 저전송 손실 광섬유 연구
저손실 광섬유 연구는 이 분야에서 가장 중요한 과제 중 하나입니다. 중공 광섬유(HCF)는 전송 손실을 낮출 수 있는 가능성을 가지고 있으며, 이는 광섬유 전송의 시간 지연을 줄이고 광섬유의 비선형 문제를 크게 해결할 수 있습니다.

4. 공간 분할 다중화 관련 기술 연구
공간 분할 다중화(SDM) 기술은 단일 광섬유의 용량을 증가시키는 효과적인 솔루션입니다. 특히 다중 코어 광섬유를 사용하여 전송하면 단일 광섬유의 용량이 두 배로 증가합니다. 이와 관련하여 핵심 쟁점은 더 높은 효율의 광 증폭기가 있는지 여부입니다. 그렇지 않으면 여러 개의 단일 코어 광섬유와 동등할 수밖에 없습니다. 선형 편광 모드, 위상 특이점 기반 OAM 빔, 편광 특이점 기반 원통형 벡터 빔을 포함하는 모드 분할 다중화 기술을 사용하면 이러한 기술을 활용할 수 있습니다. 빔 다중화는 새로운 자유도를 제공하고 광통신 시스템의 용량을 향상시킵니다. 광섬유 통신 기술에서 광범위한 응용 가능성을 가지고 있지만, 관련 광 증폭기 연구 또한 어려운 과제입니다. 또한, 차동 모드 군 지연과 다중 입력 다중 출력 디지털 등화 기술로 인한 시스템 복잡성을 어떻게 균형 있게 조절할지 또한 주목할 가치가 있습니다.

광섬유 통신기술 발전 전망
광섬유 통신 기술은 초기 저속 전송에서 현재의 고속 전송으로 발전하여 정보 사회를 뒷받침하는 핵심 기술 중 하나로 자리 잡았으며, 거대한 학문 분야이자 사회 영역을 형성했습니다. 앞으로 사회의 정보 전송 수요가 지속적으로 증가함에 따라 광섬유 통신 시스템과 네트워크 기술은 초대용량, 지능화, 그리고 집적화로 발전할 것입니다. 전송 성능을 향상시키는 동시에 비용 절감을 통해 국민의 생활 향상에 기여하고 국가 정보화 발전에 기여할 것입니다. 정보화 사회는 중요한 역할을 수행합니다. CeiTa는 지진, 홍수, 쓰나미와 같은 지역 안전 경보를 예측할 수 있는 여러 자연재해 기관과 협력하고 있습니다. CeiTa의 ONU(광통신망)에 연결하기만 하면 됩니다. 자연재해 발생 시 지진 관측소에서 조기 경보를 발령합니다. ONU 경보에 따라 단말은 동기화됩니다.

(1) 지능형 광 네트워크
무선 통신 시스템에 비해 광통신 시스템 및 지능형 광망은 네트워크 구성, 네트워크 유지 보수, 고장 진단 측면에서 아직 초기 단계에 있으며, 지능화 수준이 미흡합니다. 단일 광섬유의 엄청난 용량으로 인해 광섬유 고장 발생은 경제 및 사회에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 네트워크 매개변수 모니터링은 미래 지능형 네트워크 개발에 매우 ​​중요합니다. 향후 이 측면에서 주목해야 할 연구 방향은 다음과 같습니다. 간소화된 코히어런트 기술과 머신 러닝 기반 시스템 매개변수 모니터링 시스템, 코히어런트 신호 분석 및 위상 감응형 광 시간 영역 반사 기반 물리량 모니터링 기술.

(2) 통합기술 및 시스템
장치 통합의 핵심 목적은 비용 절감입니다. 광섬유 통신 기술에서는 연속적인 신호 재생을 통해 단거리 고속 신호 전송을 실현할 수 있습니다. 그러나 위상 및 편광 상태 복구 문제로 인해 코히어런트 시스템의 통합은 여전히 ​​상대적으로 어렵습니다. 또한, 대규모 광-전기-광 통합 시스템을 구현할 수 있다면 시스템 용량 또한 크게 향상될 것입니다. 그러나 낮은 기술 효율성, 높은 복잡성, 그리고 통합의 어려움 등의 요인으로 인해 광통신 분야에서 2R(재증폭, 재형성), 3R(재증폭, 재타이밍, 재형성)과 같은 전광 신호를 광범위하게 보급하는 것은 불가능합니다. 따라서 통합 기술 및 시스템 측면에서 향후 연구 방향은 다음과 같습니다. 공간 분할 다중화 시스템에 대한 기존 연구는 비교적 풍부하지만, 공간 분할 다중화 시스템의 핵심 구성 요소는 아직 학계와 산업계에서 기술적 돌파구를 찾지 못했으며, 추가적인 강화가 필요합니다. 집적 레이저 및 변조기, 2차원 집적 수신기, 고에너지 효율 집적 광 증폭기 등과 같은 연구가 진행 중입니다. 새로운 유형의 광섬유는 시스템 대역폭을 크게 확장할 수 있지만, 종합적인 성능과 제조 공정이 기존 단일 모드 광섬유 수준에 도달할 수 있는지 확인하기 위해서는 추가 연구가 필요합니다. 통신 링크에서 새로운 광섬유와 함께 사용할 수 있는 다양한 장치를 연구합니다.

(3) 광통신소자
광통신 소자 분야에서 실리콘 광소자 연구개발은 초기 성과를 거두었습니다. 그러나 현재 국내 관련 연구는 주로 수동 소자에 집중되어 있으며, 능동 소자 연구는 상대적으로 미흡합니다. 광통신 소자의 향후 연구 방향은 다음과 같습니다. 능동 소자와 실리콘 광소자의 집적 연구, III-V 재료 및 기판 집적 기술 연구 등 비실리콘 광소자의 집적 기술 연구, 그리고 신규 소자 연구개발을 위한 지속적인 발전. 고속 및 저전력 소모의 장점을 가진 리튬 니오베이트 집적 광도파로 개발 등 후속 연구가 진행될 예정입니다.