代小佩

130TB數(shù)據(jù)1秒傳完！

這是我國(guó)光纖通信傳輸創(chuàng)下的最新紀(jì)錄。前不久，我國(guó)科研人員首次實(shí)現(xiàn)1.06Pbit/s超大容量單模多芯光纖光傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，其傳輸容量是目前商用單模光纖傳輸系統(tǒng)最大容量的10倍。

那么，光纖通信的傳輸速度為何能如此之快？光纖通信又是什么？相比其他通信手段，它的優(yōu)勢(shì)和短板是什么？目前該技術(shù)主要被應(yīng)用于哪些領(lǐng)域？

1.用玻璃纖維中的光傳送信息

作為一種有線網(wǎng)絡(luò)，光纖通信無法滿足移動(dòng)的需求。日常生活中，我們的手機(jī)通信用的是無線網(wǎng)絡(luò)，光纖通信的存在感似乎并不強(qiáng)。

“但實(shí)際上，90%以上的信息傳輸是借助光纖完成的。手機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)與基站連接，而基站間信號(hào)的傳遞大部分依賴光纖?！惫饫w通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光系統(tǒng)研究室副主任賀志學(xué)在接受筆者采訪時(shí)說。

光纖就是光導(dǎo)纖維，它細(xì)如發(fā)絲，可被直埋、架空，亦可被置于海底。因其輕盈、便捷、制作原材料成本低，最終替代了笨重的電纜成為主流的信號(hào)傳輸介質(zhì)。

簡(jiǎn)單來說，光纖通信就是光通信。常見的光通信應(yīng)用有望遠(yuǎn)鏡、紅綠燈等，它們利用大氣傳播可見光，屬于視覺傳輸。光纖通信則是利用玻璃纖維中的光傳送信息。

位光纖通信從業(yè)者告訴筆者，與電信號(hào)相比，光信號(hào)在傳播過程中衰減得很少。他解釋道：“比如，光信號(hào)跑100公里后，原來的信號(hào)會(huì)從1衰減至0.99，而電信號(hào)則可能只跑1公里就從1衰減至0.5。信息衰減越快，就越容易失真。”

從原理上來看，構(gòu)成光纖通信的基本物質(zhì)要素是光纖、光源和光檢測(cè)器。光纖按用途分類，可分為通信用光纖和傳感用光纖。

2.容量大、遠(yuǎn)距離傳輸能力強(qiáng)

據(jù)介紹，光纖寬帶接入的最終方式是光纖到戶，即直接把光纖接到用戶所需的地方，進(jìn)而使其可利用光纖獲得大量的信息。

無線通信方式易受電磁干擾，而電纜傳輸方式鋪設(shè)成本高。相較之下，光纖通信具有容量大、遠(yuǎn)距離傳輸能力強(qiáng)、保密性好、適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。而且光纖體積小，易于施工和維護(hù)，原材料價(jià)格也比較低?！辟R志學(xué)表示。

然光纖通信具有以上優(yōu)點(diǎn)，但自身的短板也不容忽視。比如，光纖質(zhì)地脆、容易斷裂。另外，切斷或連接光纖需要使用特定的設(shè)備。需要注意的是，城建施工或自然災(zāi)害很容易造成光纖線路故障。

在實(shí)際應(yīng)用中，光纖傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)主要依賴光發(fā)射端機(jī)和光接收端機(jī)。光發(fā)射端機(jī)能夠?qū)﹄姽庑盘?hào)進(jìn)行有效調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換，從而使電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光纖攜帶的光信號(hào);光接收端機(jī)進(jìn)行反向轉(zhuǎn)換，還能夠解調(diào)出電信號(hào)。光接收端機(jī)和光發(fā)射端機(jī)由連接器與光纜連接，從而實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送、傳輸、接收和顯示。

3.相關(guān)高端制造設(shè)備依賴進(jìn)口

常用的光纖主要是標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，理論上其在單位時(shí)間內(nèi)的信息傳輸速度約為140Tbit/s。如果傳送信息速度達(dá)到此極限，就會(huì)造成信息擁堵。單模光纖通常是指只能傳一種模式的光纖。

目前，標(biāo)準(zhǔn)單模光纖通信是運(yùn)營(yíng)商常用的通信方式之一，該方式的傳輸容量是16Tbit/s，還沒達(dá)到理論上的極限值?！敖衲昴瓿跛⒊龅男录o(jì)錄1.06Pbit/s，是單模光纖通信技術(shù)取得突破的結(jié)果，但這樣的速度短時(shí)間內(nèi)難以在商用中實(shí)現(xiàn)?！辟R志學(xué)說。

在技術(shù)上，相比單模，多芯光纖傳輸模式在實(shí)現(xiàn)高速率上具備更大的優(yōu)勢(shì)，但這種模式目前來說還很前沿，在核心技術(shù)、關(guān)鍵器件、硬件設(shè)備方面尚需要進(jìn)一步突破。

“5年至10年后，在應(yīng)用需求的推動(dòng)下，1.06Pbit/s超大容量單模多芯光纖光傳輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)可能會(huì)率先應(yīng)用于某些特殊場(chǎng)景中，比如跨洋傳輸和一些大型的數(shù)據(jù)中心?！辟R志學(xué)說。

目前，我國(guó)光通信技術(shù)可以比肩國(guó)際先進(jìn)水平，但仍面臨不少難題。比如相關(guān)工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，缺乏原創(chuàng)性和自主性技術(shù)，光纖原材料不足。“目前，制造拉絲、繞纖等光纖材料所需的高端設(shè)備都依賴進(jìn)口。”賀志學(xué)說。

同時(shí)，與光纖通信相關(guān)的高端器件、芯片，也主要被美國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家把持。

對(duì)此，賀志學(xué)建議，要加強(qiáng)相關(guān)基礎(chǔ)理論研究，做好核心技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)布局，預(yù)測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，跳出“跟蹤—落后—再跟蹤—再落后”的技術(shù)迭代怪圈。

另外，賀志學(xué)強(qiáng)調(diào)，要加大在高端芯片、高端器件研發(fā)、設(shè)計(jì)、加工方面的投入力度，激發(fā)研發(fā)人才積極性，著力保護(hù)原創(chuàng)性成果。“特別是要做好頂層設(shè)計(jì)，在人力、基礎(chǔ)設(shè)施、政策方面實(shí)現(xiàn)協(xié)同創(chuàng)新，提升相應(yīng)產(chǎn)業(yè)配套能力?！彼f。