近日，在美國(guó)光纖通訊展覽會(huì)及研討會(huì)（OFC 2020）上報(bào)告了兩項(xiàng)新的光纖記錄，介紹了最新發(fā)布在論文中的部分成果。日本國(guó)家通信技術(shù)研究所（NICT）的一個(gè)研究小組通過(guò)一根多芯光纖達(dá)到了驚人的172兆比特每秒的吞吐量，超過(guò)了世界上最大容量海底電纜中所有光纖的總吞吐量。諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室（Nokia Bell Labs）的報(bào)告顯示，其單流數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒1.52 Tbps，是目前數(shù)據(jù)中心使用的最快鏈路每秒400Gbps的四倍。

在3月9日至12日于圣地亞哥舉行的IEEE共同贊助的OFO 2020會(huì)議上，盡管隨著COVID-19病毒在全球迅速傳播，許多參展商、演講者和潛在觀眾放棄了參展計(jì)劃，但主辦方還是繼續(xù)舉辦了該展會(huì)。

近幾十年來(lái)，由于光纖發(fā)射機(jī)能夠通過(guò)自20世紀(jì)90年代以來(lái)一直使用的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率大幅提高，電信業(yè)務(wù)量不斷增加。但光纖傳輸量現(xiàn)在已接近信息傳輸?shù)姆蔷€性Shannon極限，因此，開(kāi)發(fā)人員正在探索通過(guò)空分復(fù)用擴(kuò)展并行光路數(shù)量的方法。

Image: National Institute for Communications Technology

空分復(fù)用（space division multiplexing）是MIMO的一種光學(xué)對(duì)等技術(shù)，它使用多個(gè)輸入和輸出天線進(jìn)行大容量微波傳輸。主要方法是：將多個(gè)導(dǎo)光纖芯封裝成光纖，或重新設(shè)計(jì)纖芯，使光沿著多條平行路徑通過(guò)纖芯傳輸，纖芯末端可以隔離。

然而，增加核的數(shù)量是有限制的。它們之間必須至少間隔40微米，以防止噪聲引起的串?dāng)_。因此，根據(jù)長(zhǎng)距離和海底網(wǎng)絡(luò)的125微米直徑標(biāo)準(zhǔn)，光纖中可容納的芯線不超過(guò)5個(gè)。增加更多的芯線可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率，但這會(huì)導(dǎo)致光纖直徑高達(dá)300微米，這種造價(jià)會(huì)昂貴很多，且多為海底電纜應(yīng)用設(shè)計(jì)。

在最近的一篇論文中，美國(guó)國(guó)家技術(shù)研究所的Georg Rademacher描述了一種叫做緊密耦合多芯光纖的新設(shè)計(jì)。他解釋說(shuō)，這種設(shè)計(jì)的關(guān)鍵區(qū)別在于“核心彼此靠近，因此信號(hào)有意地相互耦合。“理想情況下，耦合到一個(gè)纖芯中的光應(yīng)該在幾米后傳播到所有其他纖芯中?！边@些信號(hào)類似于來(lái)自光纖的信號(hào)，其中單個(gè)纖芯攜帶多個(gè)模式，需要MIMO處理來(lái)提取輸出信號(hào)。然而，由于新光纖中的信號(hào)在纖芯之間的耦合距離比早期的少數(shù)模式光纖短得多，因此所需的處理要簡(jiǎn)單得多。

Image: National Institute for Communications Technology

早期的緊密耦合演示僅限于小于5納米的窄波長(zhǎng)范圍。在圣地亞哥，Rademacher報(bào)道了用頻率梳光源發(fā)出的信號(hào)測(cè)試了一根80公里長(zhǎng)的三芯125納米光纖。研究小組傳輸了24.5gigabaud，16-quadrature amplitude modulated（16-QAM）信號(hào)，以在跨越75納米帶寬的C和L光纖帶中的359個(gè)光信道上采樣性能。信號(hào)通過(guò)測(cè)試光纖和光放大器反復(fù)循環(huán)，模擬總距離2040公里。

在這段距離內(nèi)測(cè)得的總數(shù)據(jù)速率為每秒172 terabits，創(chuàng)下了125微米光纖的記錄。他說(shuō)，直徑大得多、纖芯多的光纖在2000公里內(nèi)傳輸了超過(guò)700 terabits，但這仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段。世界上最大容量的商業(yè)系統(tǒng)太平洋光纜網(wǎng)將需要6根光纖，以便在全面運(yùn)行時(shí)發(fā)送144 terabits。Rademacher說(shuō)，這種緊密耦合的光纖“遠(yuǎn)未達(dá)到海底使用所需的成熟度”。他的研究小組還正在研究多芯光纖可能改進(jìn)當(dāng)今單模光纖的其他方法。

近日，諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室宣布，其研究人員在80公里標(biāo)準(zhǔn)單模光纖上實(shí)現(xiàn)高達(dá)1.52 Tbps的單載波速率，創(chuàng)下新的世界紀(jì)錄。諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室（Nokia Bell Labs）的Fred Buchali在斯圖加特（Stuttgart）通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)言，解釋了他的團(tuán)隊(duì)是如何使用一種新的硅鍺芯片，通過(guò)80公里的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，實(shí)現(xiàn)了每秒1.52萬(wàn)億比特的單載波傳輸速率。

該速率相當(dāng)于同時(shí)播放150萬(wàn)個(gè)YouTube視頻，四倍于當(dāng)前市場(chǎng)上近400Gbps的最高單載波速率。這項(xiàng)世界紀(jì)錄以及同時(shí)推出的其他光網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新技術(shù)，將進(jìn)一步加強(qiáng)諾基亞在5G時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)能力，以滿足工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和消費(fèi)者應(yīng)用在數(shù)據(jù)、容量和時(shí)延方面不斷增長(zhǎng)的需求。

研究團(tuán)隊(duì)推出了全新調(diào)制格式，可提升10,000公里海纜的線性和非線性傳輸性能。該調(diào)制格式由神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)生成，性能顯著優(yōu)于當(dāng)前海纜系統(tǒng)所采用的傳統(tǒng)格式（QPSK）。

德國(guó)Micram Microelectronic GmbH of Bochum使用高速雙極晶體管和55納米CMOS技術(shù)為諾基亞設(shè)計(jì)并制造了樣機(jī)。Buchali說(shuō)，通過(guò)光纖環(huán)路和添加鉺放大器，它們可以以1.46 Tbit/s的數(shù)據(jù)速率達(dá)到240公里。顯然，目標(biāo)是以80公里的典型數(shù)據(jù)中心距離達(dá)到1.6 Tbit/s，是目前最好的400千兆比特每秒的四倍。

諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室（Nokia Bell labs）智能光學(xué)結(jié)構(gòu)與設(shè)備研究實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人Theodore Sizer表示：“如果我們能夠像這里所展示的那樣，用一個(gè)運(yùn)營(yíng)商而不是像許多運(yùn)營(yíng)商所說(shuō)的4個(gè)400Gbps的運(yùn)營(yíng)商來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，那么這個(gè)解決方案很可能在頻譜使用效率和成本上都會(huì)更高?！?/p>