從高錕提出光纖可以用于通訊傳輸?shù)脑O(shè)想開(kāi)始,光通信技術(shù)就隨著光纖一路蓬勃發(fā)展,改造世界?？梢哉f(shuō),光纖是光通信技術(shù)的基石,現(xiàn)如今幾乎所有的光傳輸技術(shù)都需要將光纖作為傳輸媒介。

目前,行業(yè)內(nèi)已經(jīng)針對(duì)不同的使用場(chǎng)景發(fā)展出了許多不同型號(hào)的光纖,但都存在著不同的缺點(diǎn),導(dǎo)致泛用性不佳。

當(dāng)前市場(chǎng)主流光纖在性能上存在的不足也迫使業(yè)界需要盡快在新一代光纖技術(shù)上完成突破。

華為光產(chǎn)品線(xiàn)首席技術(shù)規(guī)劃師唐曉軍就將下一代主流光纖設(shè)想作為未來(lái)十年光通信關(guān)鍵技術(shù)面臨的九大挑戰(zhàn)之一。他認(rèn)為,為了匹配距離不變、容量不斷翻倍的要求,并滿(mǎn)足波分產(chǎn)業(yè)發(fā)展的光摩爾規(guī)律,下一代光纖需具備以下特點(diǎn):第一是高性能,本征損耗小,抗非線(xiàn)性效應(yīng)能力強(qiáng);第二是大容量,覆蓋全量或更寬的可用頻譜;第三是低成本,可工程化,包括:易制造,成本應(yīng)與G.652光纖相當(dāng)或接近,易部署及易維護(hù)。

唐曉軍提出,未來(lái)的技術(shù)研究方向應(yīng)包括但不限于空芯光纖、SDM光纖等。

商用項(xiàng)目落地,SDM光纖實(shí)現(xiàn)重大突破

對(duì)于光通信行業(yè)來(lái)說(shuō),空芯光纖、SDM光纖早已不是什么新概念了。

早在1979年,行業(yè)內(nèi)就已經(jīng)出現(xiàn)了SDM光纖類(lèi)似方案,并在1995年成功完成1Gbps光信號(hào)在1km內(nèi)的傳輸。而到2012年,SDM光纖也曾一度成為行業(yè)熱點(diǎn),此時(shí)的應(yīng)用水平已經(jīng)達(dá)到了305Tbps在10km內(nèi)的傳輸,業(yè)界普遍將其認(rèn)為是克服單模光纖香濃極限的唯一辦法。

近些年,隨著SDM光纖商用進(jìn)程加快,商用項(xiàng)目增多,這種曾經(jīng)紅極一時(shí)的產(chǎn)品再次出現(xiàn)在人們的視線(xiàn)中。

谷歌就率先完成首條SDM技術(shù)設(shè)計(jì)的12光纖對(duì)長(zhǎng)途海纜——Dunant(杜南)海纜系統(tǒng)的部署和測(cè)試工作,使其在大西洋上的傳輸能力達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的307.2 Tbps,這也是SDM技術(shù)在市場(chǎng)上的首次應(yīng)用。SDM技術(shù)使得每對(duì)光纖都可以以較低的光功率和信噪比運(yùn)行。

該項(xiàng)目研究人員表示,使用SDM技術(shù)的海纜是未來(lái)的發(fā)展方向,SDM技術(shù)將使得海纜擁有更大的容量。傳統(tǒng)的海纜依靠每個(gè)光纖對(duì)的專(zhuān)用激光器來(lái)沿著光纜的長(zhǎng)度放大光信號(hào),而SDM允許泵激光器和相關(guān)的光學(xué)元件在多個(gè)光纖對(duì)之間共享。

除了谷歌之外,Facebook和微軟等其他互聯(lián)網(wǎng)巨頭也對(duì)該技術(shù)饒有興趣,諾基亞更是大力推廣SDM,將其稱(chēng)之為光傳輸未來(lái)的必由之路。

SDM光纖在過(guò)去的多年來(lái)一直處于理論和學(xué)術(shù)領(lǐng)域,近幾年的商業(yè)部署對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)來(lái)說(shuō)是一個(gè)重大突破,這意味著未來(lái)新一代光纖技術(shù)已經(jīng)趨于成熟。

應(yīng)用場(chǎng)景拓寬,空芯光纖或?qū)⒅?G建設(shè)

空芯光纖也已經(jīng)問(wèn)世二十余年,被公認(rèn)為是光子晶體光纖技術(shù)中最具革命性的創(chuàng)新。在這類(lèi)光子晶體光纖中,通過(guò)在光纖包層中產(chǎn)生光子帶隙可以將光限制在中央的空心核中傳播。其優(yōu)點(diǎn)是光纖性能不受纖芯的材料特性限制,通過(guò)合理設(shè)計(jì),空心光纖可以實(shí)現(xiàn)傳輸過(guò)程中超過(guò)99%的光一直處于空氣中,從而大大降低了光纖材料特性對(duì)光學(xué)性質(zhì)和光纖性能的影響。在很多應(yīng)用領(lǐng)域中,它比傳統(tǒng)的光纖更有優(yōu)勢(shì),未來(lái)也很有可能取代傳統(tǒng)的光纖。

近年來(lái),各廠商、研究機(jī)構(gòu)陸續(xù)推陳出新,空芯光纖也迎來(lái)了自己的高光時(shí)刻。

月初舉辦的OFC2022期間,空芯光纜解決方案提供商Lumenisity就宣布推出創(chuàng)紀(jì)錄的的空心光纖DNANF。其具有較低的光損耗,可以提供更大的光傳輸容量、更長(zhǎng)的覆蓋范圍和更寬的光譜帶寬。該技術(shù)的傳輸衰減在目前所有空心光纖中也是最低水平。

而早在去年,英國(guó)電信就已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行空心光纖的應(yīng)用測(cè)試,他們認(rèn)為這種光纖可以將傳輸延遲降低50%以上,有助于幫助降低移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)成本,支持高端應(yīng)用。

寧波艾菲博的總工程師鄭羽曾表示,空芯反諧振光纖在通信領(lǐng)域是未來(lái)的發(fā)展方向,可用于在超過(guò)10km的網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)密集波分復(fù)用(DWDM)的應(yīng)用?；诳招竟饫w,我們可以做很多激光方面的應(yīng)用,包括氣體超連續(xù)譜輸出,比如拉曼效應(yīng)的光頻梳,包括高能量激光傳輸用于激光加工、激光切割、激光點(diǎn)火等等的應(yīng)用。

此外,研究表明,空芯光纖還可以輔助太赫茲信號(hào)傳輸。

據(jù)國(guó)內(nèi)研究發(fā)現(xiàn),太赫茲空芯光纖具有作為太赫茲信號(hào)高速傳輸新介質(zhì)的潛力。太赫茲空芯光纖是一種新型的高效傳輸介質(zhì),主要由中空基板和具有高反射率的金屬鍍層組成。太赫茲空芯光纖在從可見(jiàn)光到遠(yuǎn)紅外甚至太赫茲波段的寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)都具有低損耗的特性,其損耗可以做到每米小于1dB。借助PS技術(shù)和先進(jìn)的DSP,可以成功實(shí)現(xiàn)頻譜效率為8.6bit/(s·Hz)的275.2Gbit/s傳輸速率。目前,該技術(shù)還在試驗(yàn)階段,未來(lái)將有望實(shí)現(xiàn)速率超1Tbit/s的太赫茲信號(hào)在km級(jí)別的距離上進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸。

太赫茲通信作為未來(lái)6G發(fā)展的必選項(xiàng),未來(lái)也將可以應(yīng)用于星際通信項(xiàng)目,這使得太赫茲成為目前通信領(lǐng)域的熱門(mén)研究方向,隨著傳輸技術(shù)的逐漸成熟,空芯光纖勢(shì)必也可以在6G建設(shè)中占有一席之地。