前段時間，小棗君去了趟湖北武漢，參觀中國信科的光通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)全國重點實驗室。
這個實驗室是中國信科光通信核心技術(shù)的研發(fā)基地，擁有很多行業(yè)頂尖人才，也承擔(dān)著多項國家級重大科研項目。
參觀時，實驗室相關(guān)負(fù)責(zé)人羅鳴主任重點介紹了三項光纖技術(shù)——單模多芯光纖、空芯光纖、少模單芯光纖，正好代表了光纖的未來發(fā)展方向。
整個參觀過程受益匪淺。接下來，我就基于現(xiàn)場了解到的信息和知識，給大家也做個分享。
先說說單模多芯光纖。
今年3月份的時候，就有過新聞——中國信科的這個重點實驗室，聯(lián)合鵬城實驗室、烽火藤倉光纖科技，首次在10.3公里的24芯單模光纖上，實現(xiàn)了2.5Pb/s的實時雙向傳輸容量。
這次參觀，就看到了這項技術(shù)的展示。
24芯，就是在一根光纖里，塞入了24根獨立的芯，容量一下子就是24倍。
他們采用的波段，是S+C+L波段，覆蓋范圍達(dá)到19.65THz，波道間隔75GHz的話，一共是262（19.65÷0.075）個波長通道。
疊加24芯，就是6288個并行通道。6288×400G，理論總?cè)萘考催_(dá)2.5152Pb/s，與實測的2.5Pb/s高度吻合。
使用的光模塊，是商用400G光模塊，并沒有很特殊。這意味著整套系統(tǒng)完全基于現(xiàn)有成熟器件構(gòu)建，極大降低了產(chǎn)業(yè)化成本。
這個系統(tǒng)結(jié)合了創(chuàng)新雙向傳輸機制與低復(fù)雜度信號處理方案，在大幅提升傳輸容量的同時，顯著降低系統(tǒng)實現(xiàn)難度與硬件成本。它的應(yīng)用場景非常明確，就是數(shù)據(jù)中心互聯(lián)、城域高速傳輸?shù)取?/span>
單模24芯最大的難點，在于如何克服芯間串?dāng)_——24根纖芯在微米級間距下緊密排列，相鄰纖芯的倏逝場交疊，引發(fā)模場耦合，導(dǎo)致信號串?dāng)_與功率泄漏。
實驗室團隊采用的方法，一方面，是精心設(shè)計最合理的排列方式（正六邊形密排）。這樣的話，對稱應(yīng)力均勻、彎曲誘發(fā)附加耦合更小。另一方面，在每根纖芯外圍制作一圈摻氟低折射率下陷溝槽，形成光勢壘，截斷倏逝場向外擴散，大幅降低耦合系數(shù)。
說實話，這種單模多芯光纖還是比較“嬌貴”的，彎曲半徑肯定不會太小，然后扭絞控制會比較嚴(yán)格，成纜絞距會比較大。說白了，就是不能過于彎曲。
再來看看空芯光纖。
實驗室展示的，是基于改進型雙嵌套反諧振空芯光纖，可以實現(xiàn)51.2km距離的單纖雙向240Tb/s超大容量實時光傳輸。
系統(tǒng)最高支持單波1.2Tb/s信號傳輸，實現(xiàn)了超17THz的可用帶寬，S+C+L全工作波段帶內(nèi)衰減平均小于0.3dB/km，單點最低衰減達(dá)0.05dB/km——這已逼近石英光纖的理論瑞利散射極限。
實驗室展示的空芯光纖，采用的是四組雙嵌套，每組由兩層同心反諧振毛細(xì)管構(gòu)成。
空芯光纖是這幾年的熱門概念，小棗君之前曾經(jīng)專門介紹過。（空芯光纖，為什么這么火？）
它的核心優(yōu)勢在于光在空氣芯中傳播，大幅降低非線性效應(yīng)與色散，光的傳播速率也比在玻璃中更快，所以可以實現(xiàn)更低的時延，特別適合銀行金融等領(lǐng)域的需求。
小棗君一直都很關(guān)注空芯光纖的工程化問題，例如施工部署是否容易，熔接是否容易。據(jù)羅主任介紹，目前空芯光纖的成纜和熔接都沒有大的問題，具備初步規(guī)模商用條件。
他也補充說，其實空芯光纖最好是真空，但實際工程化確實不太方便，所以還是充入了空氣（空氣可能會因為溫度變化導(dǎo)致氣壓微變）。而空氣中的二氧化碳和水蒸氣會產(chǎn)生吸收峰，降低空芯光纖的可用帶寬。這是未來工程應(yīng)用需要解決的問題。
最后，是少模單芯光纖。
實驗室展示的超寬帶少模光纖傳輸平臺，采用S波段、C++波段、與L++波段的聯(lián)合擴展方案，將波段范圍擴展至19.85THz。
通過模式復(fù)用的6個空間信道和密集波分復(fù)用（DWDM）的794個25GHz信道的并行傳輸，實現(xiàn)了總共4764個用于傳輸信號的信道，系統(tǒng)總凈容量超過1Pbit/s，光纖傳輸距離達(dá)到20公里。
這意味著，系統(tǒng)的包層直徑與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖相同（125μm），信號傳輸速率卻達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的5倍。
少模單芯光纖，是單根石英纖芯、僅支持2~9個有限正交LP空間導(dǎo)模，介于單模光纖（1 模）與常規(guī)多模光纖（上百模）之間，依靠模分復(fù)用（MDM）擴容的特種光纖。
中國信科這個系統(tǒng)的特別之處，是對光纖徑向折射率進行了特殊設(shè)計。光纖包含兩組簡并模和兩個非簡并模，通過雙向傳輸?shù)姆绞浇档湍Ｊ介g的串?dāng)_，不需要在接收端進行復(fù)雜的MIMO算法分離，從而降低數(shù)字信號處理（DSP）復(fù)雜度。
少模單芯光纖的原理還是蠻復(fù)雜的，下次再詳細(xì)介紹。簡單理解，就是在單根纖芯內(nèi)“開辟”多條并行光路，像高速公路增加車道一樣提升容量。它考驗的是摻雜工藝和模式控制能力，技術(shù)門檻很高。
以上三種新型光纖技術(shù)，都具有極高的技術(shù)難度，也代表了光纖未來的發(fā)展方向。這些技術(shù)能夠顯著提升光纖的傳輸性能，具有非常廣闊的應(yīng)用前景和商業(yè)潛力。
目前看來，在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)和運營商的巨大熱情下，空芯光纖的商業(yè)化應(yīng)該最快到來。多芯光纖在一些特殊場景（如海纜和超高密度數(shù)據(jù)中心等）預(yù)計也會快速得到應(yīng)用。而少模單芯光纖，距離規(guī)模應(yīng)用還需要一些時間。
挖掘光纖的潛力，進一步提升光通信性能，是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界的共同目標(biāo)。希望未來能看到更多的技術(shù)創(chuàng)新和突破，引領(lǐng)光通信產(chǎn)業(yè)的持續(xù)繁榮。
