【盘点】2013年光通信领域科学前沿技术

2013-12-11 00:02

耳机降噪原理可用于光缆通信领域提高网速

　　美国贝尔实验室的研究人员发现，耳机噪音消除的基本原理能够提高互联网的连接速度和可靠性，借助该技术现已于1.28万公里长的光纤电缆线路上，实现了以每秒400GB的速度发送数字信号。

　　一直以来，光信号在长途光缆中传输所带来的噪音就一直困扰着通信业。但现在研究人员从降噪耳机那里获得了灵感——它能够接收外界的噪音，然后通过耳机内部的电子电路产生与噪音音波相位相反的信号，以此来消除噪音。研究人员认为，这种原理同样能够应用于光缆通信领域，即将耳机主动式降噪技术应用于提高光纤连接的速度和可靠性，所不同之处只在于用光信号取代电信号。

　　研究团队此次运用了相位共轭（phase conjugation）技术，这也是一种很有前景的抑制”非线性克尔(Kerr)效应“的手段——正是后者限制了光纤通信中的传输速率和容量，并成为当前光纤通信系统的主要障碍。

　　而相位共轭简单说来，就是将两个电波相互重叠，以取得抵消噪声，消除非线性失真的效果。研究人员的具体做法则是在光纤电缆上传输原始数据的同时，发送两个光束进行噪声消除——光束具有收集并消除噪声的性质。

　　此次的技术或将成为通信业的福音。目前，全球运营商建设的传输网，主要以单波10Gbps以及40Gbps传输网为主。而随着网络流量的快速增加，100Gbps系统组建传输网已经成为必然--但该种组网的兴建遇到相当多的问题，其中噪音就是最棘手的之一，单波400Gbps系统的情况更为严重。

　　相比之下，刘响的团队现已经在一条1.28万公里长的光纤电缆线路上，实现了以每秒400GB的速度发送数字信号，而目前谷歌光纤向用户提供的互联网速度是每秒1GB。如果该技术得到应用推广，400Gbps的系统将可以实现单纤24Tbps的大容量远距离传输，从而大大缓解目前运营商所面临的流量问题。

　　有外媒评论称此次技术将极大优化和提升当前互联网的性能。不过刘所在研究团队尚未确定这项技术进行商业化应用的时间。【更多内容】

扭曲光束可提高光纤信息承载能力

　　美国的一个科研小组的研究成果显示，通过不同形状的扭曲光束来编码信息，可以提高互联网”信息高速公路“的承载能力，从而有效地缓解网络拥堵。

　　从前几年开始，就有多个研究团队在尝试通过光束的形状来为信息编码，以此缓解网络交通堵塞，该技术利用到了被称为轨道角动量的光属性。目前，网络信号是利用直向传播的光束来传送的，但特定的滤波器可以使光束在行进过程中发生不同程度的扭曲。不过，利用这种效应进行的实验效果不甚理想：不同形状的光束在前进不到1米的距离后，往往就相互混杂了。

　　但现在，美国波士顿大学和南加州大学的研究人员合作，找到了一种方法使不同形状的光束分开行进，传送距离达到了创纪录的1.1公里。实验中，研究人员设计并建造了一条1.1公里长的玻璃电缆，其横截面有不同的折射率（用于衡量光线在特定介质中行进速度有多快）。然后，他们沿着电缆分别发送了曲折的和直向的光束。

　　该研究小组发现，光输出和输入能够相匹配，表明各种形状的光束并没有出现混杂。不同的折射率明显只影响某一种形状的光束，因此，这些不同形状的光束在电缆中是以不同的速度前进的。”这意味着我们可以让它们保持分离。“研究小组负责人、波士顿大学电气工程师赛达斯·拉玛钱德兰说。

　　研究人员利用沿顺时针和逆时针方向呈不同扭曲度的光束进行了多次测试，发现大约有10种不同形状的光束可被用来传递信息。这个结果令人振奋，因为每一个形状都可能预示着”信息高速公路“上的交通有望达到一个全新的水平。在此基础之上，再将数据流按照不同颜色进一步划分为狭窄的”车道“，从而能使流量最大化。

　　不过，要将实验室成果应用于现实世界还需要时间，部分原因在于目前的互联网电缆只输送直向光束。拉马钱德兰说，一个更直接的目标，可能是在脸谱等一些大型网络公司所使用的服务器群的服务器之间，安装能够短距离传送扭曲光束的电缆。【更多内容】