从高锟提出光纤可以用于通讯传输的设想开始,光通信技术就随着光纤一路蓬勃发展,改造世界。可以说,光纤是光通信技术的基石,现如今几乎所有的光传输技术都需要将光纤作为传输媒介。
目前,行业内已经针对不同的使用场景发展出了许多不同型号的光纤,但都存在着不同的缺点,导致泛用性不佳。
当前用于WDM系统传输的光纤主要为G.652、G.655、G.653、G.654等单模光纤。
● G.652光纤由于其传输损耗及非线性特性,导致在相干传输方向受到制约;
● G.655光纤由于光纤色散小、有效截面积小导致其非线性效应强,传输距离仅为G.652的60% ;
● G.653光纤由于四波混频造成DWDM系统波道间的非线性干扰十分严重,入纤功率低,不利于2.5G以上多信道WDM的传输;
● G.654光纤由于高阶模的多光路干扰对系统传输会产生较大影响,同时其也无法满足未来传输向S、E、O波段扩展的要求。
当前市场主流光纤在性能上存在的不足也迫使业界需要尽快在新一代光纤技术上完成突破。
华为光产品线首席技术规划师唐晓军就将下一代主流光纤设想作为未来十年光通信关键技术面临的九大挑战之一。他认为,为了匹配距离不变、容量不断翻倍的要求,并满足波分产业发展的光摩尔规律,下一代光纤需具备以下特点:第一是高性能,本征损耗小,抗非线性效应能力强;第二是大容量,覆盖全量或更宽的可用频谱;第三是低成本,可工程化,包括:易制造,成本应与G.652光纤相当或接近,易部署及易维护。
唐晓军提出,未来的技术研究方向应包括但不限于空芯光纤、SDM光纤等。
商用项目落地,SDM光纤实现重大突破
对于光通信行业来说,空芯光纤、SDM光纤早已不是什么新概念了。
早在1979年,行业内就已经出现了SDM光纤类似方案,并在1995年成功完成1Gbps光信号在1km内的传输。而到2012年,SDM光纤也曾一度成为行业热点,此时的应用水平已经达到了305Tbps在10km内的传输,业界普遍将其认为是克服单模光纤香浓极限的唯一办法。
近些年,随着SDM光纤商用进程加快,商用项目增多,这种曾经红极一时的产品再次出现在人们的视线中。
谷歌就率先完成首条SDM技术设计的12光纤对长途海缆——Dunant(杜南)海缆系统的部署和测试工作,使其在大西洋上的传输能力达到创纪录的307.2 Tbps,这也是SDM技术在市场上的首次应用。SDM技术使得每对光纤都可以以较低的光功率和信噪比运行。
该项目研究人员表示,使用SDM技术的海缆是未来的发展方向,SDM技术将使得海缆拥有更大的容量。传统的海缆依靠每个光纤对的专用激光器来沿着光缆的长度放大光信号,而SDM允许泵激光器和相关的光学元件在多个光纤对之间共享。
除了谷歌之外,Facebook和微软等其他互联网巨头也对该技术饶有兴趣,诺基亚更是大力推广SDM,将其称之为光传输未来的必由之路。
SDM光纤在过去的多年来一直处于理论和学术领域,近几年的商业部署对于这项技术来说是一个重大突破,这意味着未来新一代光纤技术已经趋于成熟。
应用场景拓宽,空芯光纤或将助力6G建设
空芯光纤也已经问世二十余年,被公认为是光子晶体光纤技术中最具革命性的创新。在这类光子晶体光纤中,通过在光纤包层中产生光子带隙可以将光限制在中央的空心核中传播。其优点是光纤性能不受纤芯的材料特性限制,通过合理设计,空心光纤可以实现传输过程中超过99%的光一直处于空气中,从而大大降低了光纤材料特性对光学性质和光纤性能的影响。在很多应用领域中,它比传统的光纤更有优势,未来也很有可能取代传统的光纤。
近年来,各厂商、研究机构陆续推陈出新,空芯光纤也迎来了自己的高光时刻。
月初举办的OFC2022期间,空芯光缆解决方案提供商Lumenisity就宣布推出创纪录的的空心光纤DNANF。其具有较低的光损耗,可以提供更大的光传输容量、更长的覆盖范围和更宽的光谱带宽。该技术的传输衰减在目前所有空心光纤中也是最低水平。
而早在去年,英国电信就已经开始进行空心光纤的应用测试,他们认为这种光纤可以将传输延迟降低50%以上,有助于帮助降低移动网络成本,支持高端应用。
宁波艾菲博的总工程师郑羽曾表示,空芯反谐振光纤在通信领域是未来的发展方向,可用于在超过10km的网络上实现密集波分复用(DWDM)的应用。基于空芯光纤,我们可以做很多激光方面的应用,包括气体超连续谱输出,比如拉曼效应的光频梳,包括高能量激光传输用于激光加工、激光切割、激光点火等等的应用。
此外,研究表明,空芯光纤还可以辅助太赫兹信号传输。
据国内研究发现,太赫兹空芯光纤具有作为太赫兹信号高速传输新介质的潜力。太赫兹空芯光纤是一种新型的高效传输介质,主要由中空基板和具有高反射率的金属镀层组成。太赫兹空芯光纤在从可见光到远红外甚至太赫兹波段的宽波长范围内都具有低损耗的特性,其损耗可以做到每米小于1dB。借助PS技术和先进的DSP,可以成功实现频谱效率为8.6bit/(s·Hz)的275.2Gbit/s传输速率。目前,该技术还在试验阶段,未来将有望实现速率超1Tbit/s的太赫兹信号在km级别的距离上进行长距离传输。
太赫兹通信作为未来6G发展的必选项,未来也将可以应用于星际通信项目,这使得太赫兹成为目前通信领域的热门研究方向,随着传输技术的逐渐成熟,空芯光纤势必也可以在6G建设中占有一席之地。