کابل توخالی با کمترین افت سیگنال در جهان ساخته شد

یک تیم پژوهشی مورد حمایت مایکروسافت موفق شد با طراحی نوین کابل توخالی، کمترین میزان افت سیگنال را در تاریخ فیبرهای نوری به دست آورد.

به گزارش تک‌ناک، این تیم تحقیقاتی وابسته به شرکت لومنیتی، شاخه‌ای از مرکز اپتوالکترونیک دانشگاه ساوت‌همپتون بود. این دستاورد که در نخستین روز سپتامبر در نشریه Nature Photonics منتشر شد، با استفاده از طراحی موسوم به «فیبر بی‌گره ضدرزونانس دوگانه» (DNANF) به رقم ۰٫۰۹۱ دسی‌بل بر کیلومتر در طول موج ۱۵۵۰ نانومتر دست یافته است.

این رقم کمتر از کف ۰٫۱۴ دسی‌بل بر کیلومتر در بهترین فیبرهای سیلیکای امروزی است؛ معیاری که از دهه ۱۹۸۰ تاکنون بهبود چشمگیری نداشته است. پژوهشگران این دستاورد را «یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌ها در فناوری موج‌بَر طی ۴۰ سال گذشته» توصیف کرده‌اند.

در حالی که فیبرهای تک‌مد متداول، نور را از میان شیشه هدایت می‌کنند و سرعت سیگنال را به حدود ۲۰۰ میلیون متر بر ثانیه کاهش می‌دهند، فیبرهای توخالی، فوتون‌ها را عمدتاً از مسیر هوا عبور می‌دهند. این ویژگی باعث کاهش تقریباً ۵۰ درصدی تأخیر و کاهش چشمگیر اثرات غیرخطی می‌شود. با وجود این، طراحی‌های توخالی همواره با چالش نشتی انرژی بیش از ۱ دسی‌بل بر کیلومتر مواجه بوده و کاربری آنها را محدود کرده است.

طراحی DNANF این مشکل را با استفاده از لوله‌های شیشه‌ای متحدالمرکز با ضخامت میکرونی برطرف می‌کند. این ساختار همانند آینه‌های کوچک، نور را به هسته هوایی بازمی‌تاباند و از بروز مدهای مرتبه بالاتر جلوگیری می‌کند. آزمایش‌ها روی کلاف‌هایی به طول ۱۵ کیلومتر با روش‌های مختلف از جمله بازتاب‌سنجی دامنه زمانی اپتیکی، کاهش افت کمتر از ۰٫۱ دسی‌بل بر کیلومتر را تأیید کرده است.

یکی دیگر از اهمیت‌های کابل توخالی با کمترین افت سیگنال این است که میزان افت زیر ۰٫۲ دسی‌بل بر کیلومتر در پهنای باندی معادل ۶۶ تراهرتز پایدار باقی می‌ماند؛ رقمی به‌مراتب گسترده‌تر از بازه‌های محدود مخابراتی است که فیبر سیلیکا در آنها بهترین کارایی خود را نشان می‌دهد. همچنین میزان پراکندگی کروماتیک در این طراحی هفت برابر کمتر از فیبرهای قدیمی گزارش شده است، که می‌تواند طراحی فرستنده و گیرنده‌ها را ساده‌تر کند و مصرف انرژی تجهیزات شبکه را کاهش دهد.

شرکت مایکروسافت در سال ۲۰۲۲ با خرید شرکت لومنیتی، نشانه‌ای آشکار از عزم خود برای تجاری‌سازی فناوری فیبرهای توخالی نشان داد. در آن زمان، میزان افت فیبرهای این شرکت حدود ۲٫۵ دسی‌بل بر کیلومتر بود، که فاصله چشمگیری با کف ۰٫۱۴ دسی‌بل بر کیلومتر در فیبر شیشه‌ای داشت.

به گفته مایکروسافت، در پی اجرای یک پروژه آزمایشی هم‌زمان با پژوهش‌ها، حدود ۱۲۰۰ کیلومتر از این فیبر جدید هم‌اکنون در حال انتقال داده‌های زنده است. ساتیا نادلا، مدیرعامل مایکروسافت، در کنفرانس Ignite 2024 اعلام کرد که این شرکت قصد دارد طی دو سال آینده ۱۵ هزار کیلومتر فیبر در شبکه ابری Azure برای پشتیبانی از ارتباطات هوش مصنوعی مستقر کند.

فرانچسکو پولتی، یکی از مخترعان این طراحی عنوان کرد که سطح پایین افت سیگنال می‌تواند به اپراتورها امکان دهد تا از هر دو یا سه ایستگاه تقویت‌کننده یکی را حذف کنند و این موضوع باعث کاهش قابل‌ توجه هزینه‌های سرمایه‌ای و عملیاتی خواهد شد.

با وجود این، چالش‌هایی همچنان باقی است، که از جمله آنها می‌توان به نیاز به ابزارهای جدید برای تولید انبوه و تدوین استانداردهای فنی اشاره کرد. هرچند، برای نخستین بار فیبری که نور را از میان هوا منتقل می‌کند، هم سریع‌تر و هم کم‌افت‌تر از شیشه عمل کرده است.