光纖發(fā)展的下一站: 少模光纖

50年前，高錕博士在PIEE 雜志上發(fā)表了題為《光頻率的介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》的論文，從理論上分析證明了用光纖作為傳輸媒介以實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)遍布全球，在性能、份額等方面全面超越DSL成為全球?qū)拵袌龅念I(lǐng)先技術(shù)。面向未來，光纖是否能夠承載幾何級增長的用戶帶寬需求？

飛速發(fā)展20年 光纖遭遇“天花板”

過去的20多年是我國光通信技術(shù)發(fā)展最為迅速的一段時間。在市場需求和技術(shù)進步的“雙馬達”驅(qū)動下，骨干網(wǎng)先后經(jīng)歷了2.5G、10G等不同發(fā)展階段，而今，100G技術(shù)已經(jīng)成為主導(dǎo)，400G開始逐步鋪開，更快的1T、2T技術(shù)也已進入預(yù)研。接入網(wǎng)方面，雖然ADSL率先登場，但隨著PON技術(shù)的大規(guī)模采用，F(xiàn)TTH得到了快速發(fā)展。尤其近幾年，在“寬帶中國”等國家戰(zhàn)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(wǎng)絡(luò)接入帶寬已從幾十K變?yōu)?0M、100M，千兆寬帶也開始在部分發(fā)達地區(qū)試點推廣。

網(wǎng)絡(luò)帶寬的快速提升離不開光通信技術(shù)的持續(xù)進步。這其中，波分復(fù)用技術(shù)的不斷完善起到了主要的推動作用。同時，高階調(diào)制、相干檢測、DSP等一系列射頻通信技術(shù)的引入也成為光通信發(fā)展的巨大助力，成就了現(xiàn)在100G商用傳輸系統(tǒng)。

然而，作為光通信的載體，光纖在發(fā)展上卻碰到了“天花板”。“由于非線性效應(yīng)的存在，光傳輸系統(tǒng)中時間、頻率、偏振等各個物理維度的復(fù)用正在接近香農(nóng)極限，基于單模光纖的光傳輸系統(tǒng)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(fā)展的“下一站”？

在市場需求的拉動下，科學(xué)家和技術(shù)人員對光傳輸系統(tǒng)容量的挖掘進一步深入，空分復(fù)用技術(shù)被寄予厚望。作為這一技術(shù)的匹配介質(zhì)，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(zhì)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(shù)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(xiàn)復(fù)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(xiàn)場使用方式也與現(xiàn)有單模光纖的現(xiàn)場使用方式基本兼容，其使用的復(fù)雜性也沒有明顯增加。

“當然，目前也有一些例如角動量復(fù)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(tǒng)而言，少模光纖更能夠看得到應(yīng)用前景。”在對未來光纖發(fā)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(fā)展的‘里程碑’式產(chǎn)品。”

未來發(fā)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(fā)展的“里程碑”式產(chǎn)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(shù)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(xiàn)出大量少模光纖的研究報告，在少模光纖的傳輸實驗、設(shè)計制造以及相關(guān)器件和應(yīng)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(jīng)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(chǎn)品出現(xiàn)，主要提供給高校和研究所進行相關(guān)的實驗研究。而在少模器件方面，也已經(jīng)有商用的EDFA少模光纖放大器，放大的模式數(shù)目達到6個以上。除傳輸外，國內(nèi)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(lǐng)域的應(yīng)用。光通信領(lǐng)域的國際巨頭康寧、OFS、普林斯曼等，也在不斷發(fā)表光纖設(shè)計、制備等方面的文章，并積極申請相關(guān)專利，為未來發(fā)展蓄力。

隨著少模光纖制備技術(shù)的逐漸成熟，少模傳輸技術(shù)的不斷探索，以及少模傳輸相關(guān)器件的研制成型，少模光纖技術(shù)將逐步從實驗室階段走向商用。而隨著相關(guān)技術(shù)發(fā)展，及相應(yīng)器件成本的下降，十年內(nèi)少模光纖很可能成為超大容量傳輸技術(shù)的主流產(chǎn)品，在光纖傳輸系統(tǒng)中占據(jù)一席之地”。

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