Kabel serat optik menjadi tulang punggung komunikasi modern, membawa data dan panggilan telepon di seluruh negara dan di bawah lautan. Tetapi permintaan yang terus meluas untuk data — mulai dari streaming film hingga pencarian di internet — memberi tekanan pada jaringan itu, karena ada batasan seberapa banyak data dapat didorong melalui kabel sebelum sinyal menurun, dan kabel baru mahal untuk dibangun.
Konten terkait
- Para peneliti Akhirnya Menemukan Cara Menghentikan Baterai Lithium dari Pembakaran Secara Spontan
- FCC Baru Memilih untuk Melindungi Netralitas Bersih
Sekarang tim di University of California, San Diego, mungkin memiliki solusi dengan meminjam teknik yang digunakan di bidang lain sebagai alat pengukuran: sisir frekuensi. Perangkat berbasis laser ini memungkinkan tim untuk menghapus distorsi yang biasanya akan muncul sebelum sinyal sampai ke ujung kabel. Para peneliti mengirim data lebih jauh dari sebelumnya — 7.456 mil — tanpa perlu meningkatkan sinyal di sepanjang jalan.
Jika teknik eksperimental mereka bertahan di dunia nyata, kabel serat optik akan membutuhkan repeater yang lebih murah untuk menjaga sinyalnya kuat. Selain itu, stabilitas sinyal yang lebih besar dalam aliran data akan berarti lebih banyak saluran dapat dimasukkan ke dalam satu transmisi. Saat ini, pertukaran mendasar dalam serat optik adalah semakin banyak data yang ingin Anda kirimkan, semakin pendek jarak yang dapat Anda kirimkan.
Sinyal serat optik hanya disandikan cahaya, baik yang dihasilkan oleh laser atau LED. Cahaya ini bergerak turun ke kabel kaca tipis, memantulkan permukaan bagian dalamnya sampai keluar ujung lainnya. Sama seperti siaran radio, sinar laser akan memiliki bandwidth tertentu, atau rentang frekuensi, meliputi, dan untaian khas kabel serat optik dapat membawa lebih dari satu saluran bandwidth.
Tetapi sinyal tidak dapat melakukan perjalanan selamanya dan masih diterjemahkan karena efek non-linear, khususnya efek Kerr. Agar serat optik dapat bekerja, cahaya di dalam serat harus membiaskan, atau menekuk, dalam jumlah tertentu saat ia bergerak. Tetapi medan listrik akan mengubah seberapa banyak kaca membengkokkan cahaya, dan cahaya itu sendiri menghasilkan medan listrik kecil. Perubahan dalam refraksi berarti bahwa ada perubahan kecil pada panjang gelombang sinyal yang ditransmisikan. Selain itu, ada penyimpangan kecil dalam gelas serat, yang bukan reflektor yang benar-benar sempurna.
Perubahan panjang gelombang kecil, yang disebut jitter, bertambah dan menyebabkan cross-talk antara saluran. Jitter muncul acak karena transmisi serat optik membawa puluhan saluran, dan efek pada setiap saluran sedikit berbeda. Karena efek Kerr adalah non-linear, secara matematis, jika ada lebih dari satu saluran Anda tidak bisa hanya menguranginya — perhitungannya jauh lebih kompleks dan hampir tidak mungkin untuk peralatan pemrosesan sinyal saat ini. Itu membuat kegugupan sulit diprediksi dan diperbaiki.
"Kami menyadari bahwa ketidakjelasan, yang sangat kecil, menyebabkan semuanya muncul seolah-olah itu tidak deterministik, " kata Nikola Alic, seorang ilmuwan penelitian dari Qualcomm Institute di UCSD dan salah satu pemimpin pekerjaan eksperimental.
Dalam pengaturan serat optik saat ini, frekuensi saluran harus cukup jauh sehingga jitter dan efek kebisingan lainnya tidak membuatnya tumpang tindih. Juga, karena peningkatan jitter dengan jarak, menambah lebih banyak daya ke sinyal hanya memperkuat kebisingan. Satu-satunya cara untuk mengatasinya adalah dengan meletakkan perangkat mahal yang disebut repeater pada kabel untuk meregenerasi sinyal dan membersihkan kebisingan — kabel transatlantik tipikal memiliki repeater yang dipasang setiap sekitar 600 mil, kata Alic, dan Anda memerlukan satu untuk setiap saluran .
Para peneliti UCSD bertanya-tanya apakah mereka dapat menemukan cara untuk membuat jitter terlihat kurang acak. Jika mereka tahu persis berapa panjang gelombang cahaya di setiap saluran akan berubah, maka mereka bisa mengimbanginya ketika sinyal sampai ke penerima. Di situlah sisir frekuensi masuk. Alic mengatakan ide itu datang kepadanya setelah bertahun-tahun bekerja di bidang terkait dengan cahaya. "Itu semacam momen kejelasan, " katanya. Sisir frekuensi adalah perangkat yang menghasilkan sinar laser pada banyak panjang gelombang yang sangat spesifik. Outputnya terlihat seperti sisir, dengan masing-masing "gigi" pada frekuensi yang diberikan dan setiap frekuensi kelipatan yang tepat dari yang berdekatan. Sisir digunakan dalam membangun jam atom, astronomi, dan bahkan dalam penelitian medis.
Alic dan rekan-rekannya memutuskan untuk mencari tahu apa yang akan terjadi jika mereka menggunakan sisir frekuensi untuk mengkalibrasi sinyal serat optik keluar. Dia menyamakannya dengan konduktor yang menyetel orkestra. "Pikirkan konduktor menggunakan garpu tala untuk memberi tahu semua orang apa A tengah, " katanya. Tim membangun sistem serat optik yang disederhanakan dengan tiga dan lima saluran. Ketika mereka menggunakan sisir untuk mengkalibrasi panjang gelombang sinyal keluar, mereka masih menemukan jitter, tapi kali ini, semua saluran jittering dengan cara yang sama. Keteraturan yang memungkinkan sinyal untuk diterjemahkan dan dikirim pada jarak rekor tanpa pengulang. "Itu membuat proses menjadi deterministik, " kata Alic, yang timnya melaporkan hasilnya minggu ini di Science .
Sethumadhavan Chandrasekhar, anggota staf teknis terkemuka di perusahaan telekomunikasi global Alcatel-Lucent, adalah salah satu dari banyak ilmuwan yang telah menangani masalah serat optik jitter selama beberapa tahun. Karyanya yang diterbitkan melibatkan transmisi sinyal fase terkonjugasi — dua sinyal yang persis 180 derajat keluar satu sama lain. Pengaturan ini berarti bahwa salah satu efek nonlinear yang menyebabkan kebisingan akan dibatalkan.
Pekerjaan UCSD itu penting, tetapi itu belum merupakan solusi yang lengkap, kata Chandrasekhar. "Apa yang hilang adalah bahwa sebagian besar sistem sekarang memiliki polarisasi ganda, " katanya, yang berarti bahwa sistem meningkatkan kapasitas dengan mengirimkan sinyal cahaya yang terpolarisasi secara berbeda. "Sebagian besar sistem saat ini mengirimkan informasi dalam dua keadaan cahaya polarisasi, dan tim UCSD perlu menunjukkan bahwa teknik mereka bekerja dengan baik di bawah skenario transmisi seperti itu, " katanya.
Alic mengatakan bahwa rangkaian percobaan tim berikutnya akan membahas masalah itu. Sejauh ini, mereka berpikir teknik ini dapat diadaptasi untuk penggunaan di dunia nyata, meskipun akan membutuhkan pembangunan dan penggunaan perangkat keras baru, yang akan memakan waktu. Either way, meningkatkan jangkauan sinyal akan memungkinkan untuk membangun lebih agresif, menghasilkan lebih banyak data dan lebih banyak jarak tanpa khawatir kehilangan sinyal. "Tidak ada alasan untuk takut lagi, " katanya.
