Учёные достигли революционного прорыва в передаче данных по оптоволокну, установив новый рекорд скорости передачи. Исследователи добились передачи данных со скоростью в 1,2 миллиона раз выше, чем по средней широкополосной линии, подключившись к ранее неиспользуемому диапазону передачи данных.

В ходе эксперимента достигнута скорость 301 терабит в секунду, что эквивалентно передаче 1800 фильмов 4K за одну секунду. Это в несколько раз превосходит среднюю скорость фиксированного широкополосного доступа в США, которая составляет 242,38 мегабит в секунду, по данным Speed ??Test.

Основным способом достижения такой высокой скорости стало использование инфракрасного света, который передается через трубчатые стеклянные нити, характерных для оптоволоконного широкополосного доступа. Кроме того, инженеры подключились к спектральному диапазону, который никогда ранее не использовался в коммерческих системах, известному как «E-диапазон». Для этого они разработали специальные устройства.

Результаты исследования, проведённых с использованием оптоволоконных кабелей, уже уже проложенных в земле, были опубликованы Институтом инженерии и технологий (IET). Команда также представила свое исследование на Европейской конференции по оптической связи (ECOC) в Глазго в октябре 2023 года, но оно не было обнародовано.

Обычно коммерческие оптоволоконные соединения передают данные через кабели в инфракрасных диапазонах C-диапазона и L-диапазона. Область, используемая для интернет-соединений, занимает диапазон от 1260 до 1675 нанометров (видимый свет занимает в спектре длины волн примерно от 400 до 700 нанометров).

Однако с ростом объёма трафика возникает риск перегрузки этих диапазонов, что требует использования дополнительных полос передачи. E-диапазон, который примыкает к C-диапазону, оказывается важным ресурсом. E-диапазон обычно не использовался из-за потерь данных в этом регионе, примерно в пять раз превышающих скорость потери данных в C-диапазоне и L-диапазоне. C-диапазон и L-диапазон, которые от 1530 до 1625 нанометров, обычно используются в коммерческих соединениях, поскольку они наиболее стабильны. 

S-диапазон, который примыкает к C-диапазону и занимает диапазон от 1460 до 1530 нанометров, коммерчески использовался в сочетании с двумя другими в системе «мультиплексирование с разделением по длине волны» (WDM), в которой все три полосы используются для достижения гораздо более высоких скоростей.

Однако прежде не удавалось имитировать соединения в E-диапазоне, поскольку потери данных в этом регионе достигают чрезвычайно высоких уровней — примерно в пять раз превышают скорость потери передачи в регионах C-диапазона и L-диапазона. В частности, оптоволоконные кабели чувствительны к воздействию молекул гидроксила, которые могут проникнуть в трубки и нарушить соединения либо в процессе производства, либо естественным путём в окружающей среде. E-диапазон называется полосой «водного пика», поскольку чрезвычайно высокие потери передачи вызваны поглощением молекул гидроксила инфракрасным светом в этой области.

В новом исследовании была создана система, которая сделала возможной стабильную передачу в E-диапазоне. Была продемонстрирована успешная и стабильная передача данных на высоких скоростях, используя как E-диапазон, так и соседний S-диапазон.

Чтобы поддерживать стабильную связь в этой области, исследователи создали два устройства — «оптический усилитель» и «оптический эквалайзер». Первое помогает усиливать сигнал на расстоянии, а второе контролирует каждый канал и при необходимости регулирует амплитуду. Исследователи разместили их в оптоволоконных кабелях.

Хотя скорость передачи данных 301 Тбит/с является впечатляющей, за последние годы другие исследователи также продемонстрировали высокие скорости с использованием оптоволоконных соединений. Например, в ноябре 2023 года команда Национального института информационных и коммуникационных технологий (NICT) установила мировой рекорд в скорости передачи данных, достигнув 22,9 петабит в секунду. Это примерно в 75 раз быстрее, чем скорость, достигнутая командой этого исследования. В своём эксперименте они использовали технологию WDM (мультиплексирование с разделением по длине волны), однако не имели доступа к использованию длин волн E-диапазона. Высокоскоростное соединение было продемонстрировано на расстоянии 13 километров.

Эти достижения подчеркивают прогресс в области оптоволоконных соединений и продолжают открытие новых возможностей для передачи данных. В дальнейшем исследования будут сосредоточены на разработке техник и технологий, позволяющих достигать ещё более высоких скоростей передачи данных и улучшать стабильность и эффективность оптоволоконных сетей.