【盘点】2013年光通信领域科学前沿技术

2013-12-11 00:02

　　伴随着人们对高速传输需求的上升，2013年的科学界也在上演一场“速度比拼”，科学家们通过开发新的传输材质、新的工艺结构、新的编码技术等多种方式，实现更高效的通信。另外，在光集成、通信安全等领域也获得了不同程度的突破。

NEC 实现1Tb信号的5400公里长距离实时通信

　　NEC公司 2013年1月宣布，其通过实时处理成功使用每秒1Tbit（1T=1024G）的大容量信号进行了5400公里的长距离通信。此次是将100 Gbit的副载波信号以高密度方式叠加，生成1Tbit的"超信道信号"，并通过光缆传输了5400公里的距离。NEC已通过实验证实，可对该叠加信号进行实时处理，并毫无错误地完成通信。5400公里大约相当于东京和新加坡或者纽约和伦敦之间的距离。如果将新技术应用于横跨大陆间的海底光缆上，那么将可以更加轻松地将大城市高速连接起来。

　　该级别的大容量长距离通信实验的成功在全球尚属首次。随着大容量视频发送和云计算的普及，采用海底光缆的国际通信网络需求激增。NEC在这个领域拥有全球最高的市场份额。由于新技术面向实用化迈进了一大步，因此NEC将强化针对通信运营商等的业务活动。计划今后利用新铺设的海底光缆使该其通信服务被通信网络采用。

　　NEC的此次实验中采用了精密调整信号波形（光谱形状）以抑制因传输而产生的信号劣化，以及通过数字电路补偿失真的方法，确立了在数千公里的长距离通信中也不会产生错误的技术。与目前主流的采用100 Gbit信号的光缆通信网络相比，可将频率利用效率（通信容量）提高约43%。【更多内容】

　　同在1月份，NEC美国全资子公司与康宁联合宣布创造了光纤传输新记录。NEC在美国普林斯顿的研究人员和康宁在苏利文工业园研究中心的工程师联合成功实现了基于多芯光纤MCF的1.05Pbps（1pbps=1000tbps）的超高速传输，其频谱利用效率109比特每秒每赫兹频率。传输采用了空分复用（SDM）方案和光多输入多输出（MIMO）的信号处理技术。

　　这些新技术为新的超高速传输提供了新的可能，同时也为运营商快速增加网络容量提供了经济有效的解决方案。

英研制出以99.7%光速传输数据的新型光纤

　　英国南安普敦大学的研究团队让光纤传输速度真正接近了宇宙的速度极限——光速。弗朗西斯科·伯乐蒂（Francesco Poletti）和他的团队制造的光纤能够以99.7%的光速传输数据，换成数据量73.7Tb/s，即大约10TB/s，这个速度比现在常用的40Gb级的光纤电缆要快一千多倍，并且大大降低了传输时延。

　　光在真空中的传播速度为299,792,458米每秒，而在其余介质中的光速会大为降低。在普通光纤（材质为石英玻璃）中，光的传播速度将降低31%。由于光在空气中的传播速度要快于在玻璃中的传播速度，研究团队也因此萌生了相当有创意的想法——他们要制造一种空心光纤，空气将成为这种光纤的主要组成材质。

　　但他们遇到的最大问题便是这样制造出来的光纤难以弯曲。对于普通光纤来说，玻璃/塑料材质拥有一定的折射率，光线因为全反射可以在光纤内曲折前进。但是，当光纤内部存在中空时，一旦光纤发生弯曲，信号的传输就会被干扰，光纤的带宽就会被限制。

　　对于这个历史性难题，南安普敦大学的研究团队从根本上升级了中空光纤的设计，在光纤内部空气与玻璃接触面上附上一层超薄的特殊物质，形成核心-包覆边界，使光无法向外折射。他们新设计的光纤每公里的损耗为3.5dB，而带宽高达160nm。当然，最关键的是，光在这种光纤内的传播速度大幅提升，摆脱了传统光纤因为材质产生的31%速度上限衰减。研究团队通过波分复用技术（WDM）在310米长的中空光纤中发送了37个40Gb的信号，实验室结果显示传输速度高达每秒73.7Tb，创下了人类有史以来在实验室中最快的传输记录之一。“之前的光纤要不就是用高损耗换取带宽，要不就是牺牲带宽减小损耗，而我们做到了两全其美。”伯乐蒂说道。

　　在现实应用中，每公里3.5dB的损耗是可以接受的，但这种“空气光纤”在短时间内取代传统光纤的可能性还是比较小的（毕竟短期内服务商也不可能提供如此高的带宽）。但对于大型数据中心和超级计算机互联而言，使用这种光纤倒是能显著地降低延迟，提升速度。【更多内容】