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光纖發展的下一站: 少模光纖

50年前,高錕博士在PIEE 雜志上發表了題為《光頻率的介質纖維表面波導》的論文,從理論上分析證明了用光纖作為傳輸媒介以實現光通信的可能性,開啟了一場人類通信方式的劃時代革命。短短幾十年間,光纖網絡遍布全球,在性能、份額等方面全面超越DSL成為全球寬帶市場的領先技術。面向未來,光纖是否能夠承載幾何級增長的用戶帶寬需求?

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飛速發展20年 光纖遭遇“天花板”

過去的20多年是我國光通信技術發展最為迅速的一段時間。在市場需求和技術進步的“雙馬達”驅動下,骨干網先后經歷了2.5G、10G等不同發展階段,而今,100G技術已經成為主導,400G開始逐步鋪開,更快的1T、2T技術也已進入預研。接入網方面,雖然ADSL率先登場,但隨著PON技術的大規模采用,FTTH得到了快速發展。尤其近幾年,在“寬帶中國”等國家戰略的推動下,我國已在光接入方面處于世界前列。短短20年間,普通居民的家庭網絡接入帶寬已從幾十K變為50M、100M,千兆寬帶也開始在部分發達地區試點推廣。

網絡帶寬的快速提升離不開光通信技術的持續進步。這其中,波分復用技術的不斷完善起到了主要的推動作用。同時,高階調制、相干檢測、DSP等一系列射頻通信技術的引入也成為光通信發展的巨大助力,成就了現在100G商用傳輸系統。

然而,作為光通信的載體,光纖在發展上卻碰到了“天花板”?!坝捎诜蔷€性效應的存在,光傳輸系統中時間、頻率、偏振等各個物理維度的復用正在接近香農極限,基于單模光纖的光傳輸系統的能耗增長也成為不得不考慮的問題?!蓖跞鸫褐赋?。

誰將成為光纖發展的“下一站”?

在市場需求的拉動下,科學家和技術人員對光傳輸系統容量的挖掘進一步深入,空分復用技術被寄予厚望。作為這一技術的匹配介質,多芯光纖和少模光纖備受矚目。

多芯光纖是通過多根單模纖芯傳輸信號,其本質與多根單模光纖并無不同,即使今后能夠做到集成化、小型化,對能耗的需求仍然很高。同時芯數越多,集成化的成本也就隨之增高。少模光纖是通過增加單芯光纖中傳播的光束的模式來實現復用,在提高容量的前提下對能耗的需求增加不明顯。同時,少模光纖的現場使用方式也與現有單模光纖的現場使用方式基本兼容,其使用的復雜性也沒有明顯增加。

“當然,目前也有一些例如角動量復用、量子通信等新概念的提出,但相對于目前實際的光傳輸系統而言,少模光纖更能夠看得到應用前景?!痹趯ξ磥砉饫w發展方向的判斷上,王瑞春在兩款光纖中的選擇顯而易見?!拔覀冋J為,少模光纖有可能是為光通信帶來跨越式發展的‘里程碑’式產品?!?/span>

未來發展:五年小成,十年大成

如果要給這款有望帶來光通信跨越式發展的“里程碑”式產品加一個成熟的期限,王瑞春給出的答案是五到十年。

少模光纖的研究是全球通信技術研究,特別是光纖通信研究的熱點之一。每年全球最主要的光通信會議如OFC、ECOC等論壇上,都會涌現出大量少模光纖的研究報告,在少模光纖的傳輸實驗、設計制造以及相關器件和應用等方面均有涉及。目前,在僅采用EDFA放大器的情況下,少模光纖的傳輸實驗已經達到256Gb/s,100km/span,已接近單模光纖的傳輸記錄。在少模光纖的制備上,已有商用的少模光纖產品出現,主要提供給高校和研究所進行相關的實驗研究。而在少模器件方面,也已經有商用的EDFA少模光纖放大器,放大的模式數目達到6個以上。除傳輸外,國內的很多高校和研究所還在積極探索少模光纖在傳感等更多領域的應用。光通信領域的國際巨頭康寧、OFS、普林斯曼等,也在不斷發表光纖設計、制備等方面的文章,并積極申請相關專利,為未來發展蓄力。

隨著少模光纖制備技術的逐漸成熟,少模傳輸技術的不斷探索,以及少模傳輸相關器件的研制成型,少模光纖技術將逐步從實驗室階段走向商用。而隨著相關技術發展,及相應器件成本的下降,十年內少模光纖很可能成為超大容量傳輸技術的主流產品,在光纖傳輸系統中占據一席之地”。

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