En la era 5G, la capacidad de la fibra óptica se acerca a su límite

Con la introducción del estándar de comunicación de alta velocidad "5G" y la popularización del trabajo remoto, el tráfico de comunicaciones global continúa creciendo y el riesgo de que las redes de comunicación de fibra óptica (fibra óptica) sufran escasez de capacidad en la década de 2020 ha surgido. Anteriormente se han realizado esfuerzos para mejorar las fibras ópticas existentes o aumentar el número de cables, pero estos han llegado al límite de su rendimiento y espacio de instalación. Por lo tanto, no sólo los estándares de comunicación, sino también la investigación para promover un aumento dramático en el tráfico de comunicaciones a través de la propia fibra óptica se han convertido en una prioridad absoluta.

Prueba de transmisión de fibra óptica de nueva generación

"Instituto de Investigación de la Información y las Comunicaciones" de Japón (NICT, agencia afiliada al Ministerio de Asuntos Internos y Comunicaciones de Japón, "Inteligencia" en En japonés significa "información") Hideaki Furukawa, director del departamento de investigación de sistemas de redes fotónicas, dio la voz de alarma sobre la situación señalando que "si el tráfico de comunicaciones continúa aumentando, en la década de 2020 se superarán los límites de la fibra óptica actual". Según estadísticas del Ministerio de Asuntos Internos y Comunicaciones de Japón, el volumen de comunicaciones internas de Japón ha aumentado más de 10 veces en 10 años.

La razón es el mayor acceso a teléfonos inteligentes y ordenadores personales. A medida que mejora el rendimiento de estos productos terminales, los vídeos también se han convertido en un objeto que las personas pueden transmitir entre sí. Al transmitir información, las señales digitales que transportan la información se convierten en señales ópticas y se transmiten a través de cables de fibra óptica. Las fibras ópticas están extendidas por todo el mundo en forma de cables submarinos y se han vuelto indispensables para comunicarse con el mundo. Se puede decir que la fibra óptica es el "héroe detrás de escena" que sostiene a la sociedad moderna.

La fibra óptica actual (izquierda) tiene un canal de señal óptica, pero la fibra óptica de nueva generación (derecha) tendrá múltiples canales (imagen proporcionada por el Instituto de Investigación de Información y Comunicaciones de Japón)

Anteriormente Responder a los aumentos de tráfico aumentando la capacidad de transmisión de cada fibra. La capacidad de transmisión en 2005 era de 1 billón de bits por segundo por raíz, pero ahora es de decenas de billones.

Sin embargo, la fibra óptica actual sólo puede aumentar la capacidad de transmisión hasta los 100 billones de bits. Si se transmitiera más información, los láseres utilizados para las comunicaciones serían demasiado potentes, con el riesgo de que la fibra se derritiera. Si la amenaza se materializa, las comunicaciones se paralizarán, lo que repercutirá en la eficiencia empresarial y la reforma laboral.

Las previsiones de la "Asociación de la Industria de Tecnología de la Información Electrónica" de Japón muestran que se espera que el volumen de comunicaciones globales aumente 15 veces en los 10 años hasta 2030, y seguirá aumentando en el futuro. Para solucionar este problema, las empresas de fibra óptica en Japón y en el extranjero están promoviendo el desarrollo de una nueva generación de fibra óptica denominada "Multi core".

Las fibras ópticas anteriores tenían un solo canal de señal óptica llamado "Core", pero las fibras ópticas multinúcleo tendrán de 3 a 4 núcleos. Así como el número de vehículos que pueden circular aumenta a medida que aumenta el número de carriles en la carretera, si aumenta el número de canales de señal óptica, la capacidad de transmisión también aumentará varias veces.

Además, para transmitir con precisión las señales ópticas es necesario evitar interferencias de otras señales, pero el diámetro de una fibra óptica es de sólo 0,125 mm, que es aproximadamente el mismo grosor que un cabello. Por lo tanto, la distancia entre los núcleos de fibra es sólo de aproximadamente 0,05 mm, y la interferencia con las señales ópticas que se escapan de los núcleos de fibra adyacentes ha sido un problema antes.

Una solución es añadir una capa de vidrio de bajo índice de refracción como material alrededor del núcleo de fibra para evitar fugas al entorno. Al añadir flúor al vidrio, sólo se reduce el índice de refracción de las partes periféricas, permitiendo que la señal óptica permanezca en el núcleo de la fibra.

El Instituto de Investigación de Información y Comunicaciones de Japón llevó a cabo una prueba de transmisión utilizando una fibra óptica con cuatro núcleos en marzo y logró con éxito una transmisión de 610 billones de bits por segundo. Ha establecido un récord mundial en términos de capacidad de transmisión para fibras ópticas del mismo espesor que las actuales. En este caso, incluso si hay múltiples núcleos de fibra, el grosor de la fibra óptica no cambiará.

La fibra óptica multinúcleo se puede utilizar junto con la fibra óptica existente, por lo que se considera su sustitución paulatina.

La japonesa Sumitomo Electric Industries instaló fibra óptica multinúcleo en Italia por primera vez en el mundo en 2019, y el Instituto Japonés de Investigación de Información y Comunicaciones hizo comentarios positivos sobre el desempeño relacionado. Según la visión de la "Sociedad Electrónica de la Información y las Comunicaciones" de Japón, a partir de 2025 se comenzarán a utilizar fibras ópticas de cuatro núcleos en redes de comunicación de corta distancia de menos de 10 kilómetros. Se espera que se utilice en cables ópticos submarinos alrededor de 2030.

Para mejorar aún más el rendimiento de cada fibra óptica, también existe la posibilidad de desarrollar fibra óptica "Multimodo" que engrose el núcleo de la fibra y permita que las señales ópticas pasen a través de múltiples canales en una sola vía. Se espera que el uso práctico de la tecnología multinúcleo integrada espere hasta la segunda mitad de la década de 2030.

En el campo de la fibra óptica de nueva generación, las empresas japonesas están a la vanguardia en investigación y desarrollo. Un informe publicado en 2018 por la Oficina de Patentes de Japón, responsable de los asuntos relacionados con las patentes, muestra que en el campo multinúcleo de la fibra óptica, las cuatro principales empresas del mundo en términos de número de solicitudes de patentes han sido Fujikura, Sumitomo Electric, NTT y Furukawa Electric Industries, clasificadas por empresas japonesas exclusivas. En el campo multimodo, la posición 24 también la monopolizan empresas japonesas como NTT, Sumitomo Electric y Fujikura. Fujikura planea comercializar fibra óptica multinúcleo a mediados de la década de 2020.

Por supuesto, empresas fuera de Japón también están impulsando el desarrollo de fibras ópticas de nueva generación. Corning, un fabricante estadounidense de vidrio especial, ocupa el primer lugar en el número de patentes de fibra óptica multimodo y también ha logrado con éxito una transmisión de gran capacidad en el campo de múltiples núcleos. El grupo italiano Prysmian también tiene logros en investigación en fibras ópticas de nueva generación.

Al igual que con los teléfonos inteligentes y las estaciones base, es probable que la competencia global en fibra óptica sea cada vez más feroz.

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