近日，在美國光纖通訊展覽會及研討會（OFC 2020）上報告了兩項新的光纖記錄，介紹了最新發(fā)布在論文中的部分成果。日本國家通信技術(shù)研究所（NICT）的一個研究小組通過一根多芯光纖達到了驚人的172兆比特每秒的吞吐量，超過了世界上最大容量海底電纜中所有光纖的總吞吐量。諾基亞貝爾實驗室（Nokia Bell Labs）的報告顯示，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劃，但主辦方還是繼續(xù)舉辦了該展會。

近幾十年來，由于光纖發(fā)射機能夠通過自20世紀90年代以來一直使用的標準單模光纖傳輸?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，開發(fā)人員正在探索通過空分復(fù)用擴展并行光路數(shù)量的方法。

Image: National Institute for Communications Technology

空分復(fù)用（space division multiplexing）是MIMO的一種光學對等技術(shù)，它使用多個輸入和輸出天線進行大容量微波傳輸。主要方法是：將多個導光纖芯封裝成光纖，或重新設(shè)計纖芯，使光沿著多條平行路徑通過纖芯傳輸，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擾。因此，根據(jù)長距離和海底網(wǎng)絡(luò)的125微米直徑標準，光纖中可容納的芯線不超過5個。增加更多的芯線可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率，但這會導致光纖直徑高達300微米，這種造價會昂貴很多，且多為海底電纜應(yīng)用設(shè)計。

在最近的一篇論文中，美國國家技術(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。他解釋說，這種設(shè)計的關(guān)鍵區(qū)別在于“核心彼此靠近，因此信號有意地相互耦合?！袄硐肭闆r下，耦合到一個纖芯中的光應(yīng)該在幾米后傳播到所有其他纖芯中?！边@些信號類似于來自光纖的信號，其中單個纖芯攜帶多個模式，需要MIMO處理來提取輸出信號。然而，由于新光纖中的信號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納米的窄波長范圍。在圣地亞哥，Rademacher報道了用頻率梳光源發(fā)出的信號測試了一根80公里長的三芯125納米光纖。研究小組傳輸了24.5gigabaud，16-quadrature amplitude modulated（16-QAM）信號，以在跨越75納米帶寬的C和L光纖帶中的359個光信道上采樣性能。信號通過測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，直徑大得多、纖芯多的光纖在2000公里內(nèi)傳輸了超過700 terabits，但這仍停留在實驗室階段。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，以便在全面運行時發(fā)送144 terabits。Rademacher說，這種緊密耦合的光纖“遠未達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當今單模光纖的其他方法。

近日，諾基亞貝爾實驗室宣布，其研究人員在80公里標準單模光纖上實現(xiàn)高達1.52 Tbps的單載波速率，創(chuàng)下新的世界紀錄。諾基亞貝爾實驗室（Nokia Bell Labs）的Fred Buchali在斯圖加特（Stuttgart）通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)言，解釋了他的團隊是如何使用一種新的硅鍺芯片，通過80公里的標準單模光纖，實現(xiàn)了每秒1.52萬億比特的單載波傳輸速率。

該速率相當于同時播放150萬個YouTube視頻，四倍于當前市場上近400Gbps的最高單載波速率。這項世界紀錄以及同時推出的其他光網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新技術(shù)，將進一步加強諾基亞在5G時代的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)能力，以滿足工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和消費者應(yīng)用在數(shù)據(jù)、容量和時延方面不斷增長的需求。

研究團隊推出了全新調(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)于當前海纜系統(tǒng)所采用的傳統(tǒng)格式（QPSK）。

德國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)計并制造了樣機。Buchali說，通過光纖環(huán)路和添加鉺放大器，它們可以以1.46 Tbit/s的數(shù)據(jù)速率達到240公里。顯然，目標是以80公里的典型數(shù)據(jù)中心距離達到1.6 Tbit/s，是目前最好的400千兆比特每秒的四倍。

諾基亞貝爾實驗室（Nokia Bell labs）智能光學結(jié)構(gòu)與設(shè)備研究實驗室負責人Theodore Sizer表示：“如果我們能夠像這里所展示的那樣，用一個運營商而不是像許多運營商所說的4個400Gbps的運營商來實現(xiàn)這個目標，那么這個解決方案很可能在頻譜使用效率和成本上都會更高。”