單芯光纖容量發(fā)展出現(xiàn)瓶頸

目前的光纖通信,是在細(xì)如頭發(fā)絲大小光纖的纖芯上實(shí)現(xiàn)的。單芯光纖和七芯光纖的光纖橫斷面。

眾所周知，光纖的外徑僅125μm（微米），在同樣外徑的條件下，均勻配置7個(gè)9μm的芯徑，這比原來(lái)只有一個(gè)芯徑的光纖實(shí)現(xiàn)難度大很多。

眾所周知，光信號(hào)激光都是集中在直徑9μm的光纖芯徑上，進(jìn)行傳送的，纖芯的能量密度比太陽(yáng)表面還高。光纖能注入的光信號(hào)功率有限，加大發(fā)送光功率,輸出的光信號(hào)由于非線(xiàn)性光學(xué)效果，會(huì)使光信號(hào)產(chǎn)生畸變；加大的激光能量還會(huì)在光纖中引起熱破壞作用。

由于在光纖中產(chǎn)生的非線(xiàn)性光學(xué)效果，用提高光功率的辦法，很難提高傳輸容量。世界光傳輸系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)歷史，年復(fù)一年地在持續(xù)增加光纖傳輸速率，但從2001年開(kāi)始，光纖傳輸速率增長(zhǎng)，就到了緩慢增長(zhǎng)期。

1980年以后，由于時(shí)分復(fù)用技術(shù)地采用，大大提高了單波段光纖傳輸速率，到1990年以后，由于WDM(波分復(fù)用)技術(shù)地采用，使光纖傳輸容量取得急速發(fā)展，但到2001年之后，光纖傳輸速率的提高，進(jìn)入到緩慢期。

另外，在目前的光纖通信開(kāi)發(fā)中,進(jìn)一步提高傳輸速率，已經(jīng)到了必須考慮把光纖變成復(fù)數(shù)內(nèi)核(芯徑)不可的階段。開(kāi)發(fā)復(fù)數(shù)內(nèi)核(芯徑)的光纖，其關(guān)鍵技術(shù)是如何防止同光纖中各個(gè)內(nèi)核中光信號(hào)泄漏所產(chǎn)生的光信號(hào)互相干擾問(wèn)題，以及在光纖連接時(shí)光纖中各內(nèi)核偏離等技術(shù)問(wèn)題。

　目前，在多芯光纖的研究上國(guó)內(nèi)慢于國(guó)外。對(duì)此，多位國(guó)內(nèi)電信運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備廠(chǎng)商等光通信專(zhuān)業(yè)人士表示，國(guó)內(nèi)對(duì)多芯光纖的研究更多屬于前沿技術(shù)課題，深入的實(shí)驗(yàn)室研究并沒(méi)有。

　　“多芯光纖將是未來(lái)的一個(gè)非常重要的光纖發(fā)展方向，設(shè)備廠(chǎng)商不能由于市場(chǎng)需求未到而放棄多芯光纖的研究。”一位業(yè)界人士如此表示。

　　多芯光纖性能與成本優(yōu)勢(shì)明顯

　　據(jù)悉，多芯單模光纖的概念是由法國(guó)電信在1994年提出的，法國(guó)電信與阿爾卡特公司設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)和開(kāi)發(fā)和開(kāi)發(fā)了4芯單模光纖，此后制造了100多公里，并用這些光纖進(jìn)行了而不同芯數(shù)各種結(jié)果的光纖帶光纜和非光纖帶光纜的成纜實(shí)驗(yàn)，與普通單芯光纖相比，光纜密度提高了很多倍。

　　初步證實(shí)了提出的多芯單模光纖能夠同時(shí)剞劂光纖光纜制造成本和開(kāi)發(fā)密度集度大芯數(shù)光纜兩大難題。

　　通常的光纖是由一個(gè)纖芯和圍繞它的包層構(gòu)成。但多芯光纖卻是一個(gè)共同的包層區(qū)中存在多個(gè)纖芯。據(jù)了解，當(dāng)前單根光纖傳輸容量已經(jīng)出現(xiàn)瓶頸，進(jìn)一步擴(kuò)大容量必須考慮把單芯光纖變成復(fù)數(shù)內(nèi)核。

　　據(jù)悉，由于纖芯的相互接近程度，多芯光纖發(fā)展出現(xiàn)兩種功能。一是纖芯間隔大，即不產(chǎn)生光耦會(huì)的結(jié)構(gòu)。該光纖由于能提高傳輸線(xiàn)路的單位面積的集成密度，在光通信中，可以作成具有多個(gè)纖芯的帶狀光纜，而在非通信領(lǐng)域，作為光纖傳像束，有人將纖芯作成成千上萬(wàn)個(gè)。二是纖芯之間的距離近，能產(chǎn)生光波耦合作用。利用此原理業(yè)界正在開(kāi)發(fā)雙纖芯的敏感器或光回路器件。

　　日本7芯光纖的實(shí)驗(yàn)屬于前者。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，7芯光纖體現(xiàn)了光纖朝向超高速、超大容量發(fā)展的趨勢(shì)。

　　一位高校人士表示，WDM技術(shù)正在應(yīng)用，作為光網(wǎng)絡(luò)物理層面的光纖光纜的傳輸特性將極大地影響下一代網(wǎng)絡(luò)光通信系統(tǒng)的性能。目前，光通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)容量和網(wǎng)絡(luò)性能受到傳統(tǒng)光纖的損耗、色散和非線(xiàn)性效應(yīng)的限制和影響，人們開(kāi)始尋求研制新型換代的光纖品種，而多芯光纖是其中一種。

　　另外，為了節(jié)省機(jī)房空間和減少光纜的敷設(shè)和安裝費(fèi)用，開(kāi)發(fā)高密度大芯數(shù)光纖也是未來(lái)研究的一個(gè)方向。

　　國(guó)內(nèi)處于學(xué)術(shù)研究階段

　　國(guó)外研究多芯光纖機(jī)構(gòu)較多。除了日本近期公布的對(duì)7芯光纖研究，實(shí)際上早在90年代，法國(guó)電信就與阿爾卡特公司進(jìn)行了4芯單模光纖（MCF）的研究和開(kāi)發(fā)，從光纖設(shè)計(jì)、預(yù)制棒制造、拉絲技術(shù)、光纖特性、成纜工藝到4芯同時(shí)熔接，機(jī)械連接以及每一芯分出端接于普通單模光纖燈方面都進(jìn)行了全面研究，并取得了一定的成績(jī)。

　　相比國(guó)外，國(guó)內(nèi)對(duì)多芯光纖研究則顯得并不積極。據(jù)悉，業(yè)界人士大多表示對(duì)此只是聽(tīng)說(shuō)，未曾深入研究，甚至有幾位廠(chǎng)商人士將該技術(shù)誤認(rèn)為多芯光纜（多根單芯光纖加保護(hù)層與皮套組成）。

　　據(jù)記者調(diào)查，在市場(chǎng)需求方面，目前國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商并沒(méi)有多芯光纖研究的規(guī)劃，實(shí)驗(yàn)網(wǎng)中也沒(méi)有部署。“運(yùn)營(yíng)商并沒(méi)有太多關(guān)注多芯光纖，目前并無(wú)需求。”中國(guó)電信某地研究院一位專(zhuān)家如此表示。

　　在設(shè)備商方面，中天科技、烽火通信等多家制造光纖的廠(chǎng)商人士均表示沒(méi)有這方面的產(chǎn)品?？祵幋笾腥A區(qū)通信部市場(chǎng)副總裁劉之菲也表示在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)并沒(méi)有推出多芯光纖產(chǎn)品，但其國(guó)外實(shí)驗(yàn)室有相關(guān)研究。

　　據(jù)了解，在學(xué)術(shù)方面，哈工大曾進(jìn)行了雙芯光纖的研究，其中一個(gè)課題主要通過(guò)將單芯單模光纖與雙芯單模光纖熔接后在熔點(diǎn)處進(jìn)行熔融拉錐，實(shí)現(xiàn)了單芯單模光纖與雙芯單模光纖的耦合，并建立了相應(yīng)的耦合理論。此外，國(guó)內(nèi)北郵、哈工大、武漢郵科院等研究機(jī)構(gòu)的學(xué)術(shù)研究人員已做了多個(gè)多芯光纖的課題。

七芯光纖試驗(yàn)取得突出成績(jī)

日本信息通信研究機(jī)構(gòu)(NICT)、OPTOQUEST株式會(huì)社和住友電工株式會(huì)社等機(jī)構(gòu)聯(lián)合宣布，其7芯光纖實(shí)驗(yàn)獲得成功。據(jù)悉，該試驗(yàn)突破了現(xiàn)在一根多芯光纖（Multi Core Fiber）上傳輸100Tbit/s的物理極限，在世界上首次完成了傳輸109Tbit/s的試驗(yàn)。

　　目前，在多芯光纖的研究上國(guó)內(nèi)慢于國(guó)外。對(duì)此，多位國(guó)內(nèi)電信運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備廠(chǎng)商等光通信專(zhuān)業(yè)人士表示，國(guó)內(nèi)對(duì)多芯光纖的研究更多屬于前沿技術(shù)課題，深入的實(shí)驗(yàn)室研究并沒(méi)有。

　　“多芯光纖將是未來(lái)的一個(gè)非常重要的光纖發(fā)展方向，設(shè)備廠(chǎng)商不能由于市場(chǎng)需求未到而放棄多芯光纖的研究。”一位業(yè)界人士如此表示。

此次實(shí)驗(yàn)解決了技術(shù)上非常困難的復(fù)數(shù)內(nèi)核(芯徑)光纖拉制問(wèn)題，同時(shí)使用這種光纖用109Tbit/s傳輸速率，使傳輸距離達(dá)到了16.8km，全部7個(gè)纖芯上的光信號(hào)，都取得良好的通信品質(zhì)。本次試驗(yàn)的關(guān)鍵產(chǎn)品是，NICT和OPTOQUEST株式會(huì)社開(kāi)發(fā)的既存7根光纖和一根光纖7個(gè)芯徑同時(shí)連接的裝置，以及由住友電工開(kāi)發(fā)的、纖芯間光信號(hào)泄露大幅削減的7個(gè)內(nèi)核的光纖。

試驗(yàn)系統(tǒng)使用的光接收機(jī)與發(fā)送機(jī)，由NICT與住友電工共同開(kāi)發(fā)，采用了超高速相位調(diào)制技術(shù)。本次試驗(yàn)突破了現(xiàn)在一根多芯徑光纖上傳輸100Tbit/s的物理極限，在世界上首次完成了傳輸109Tbit/s的試驗(yàn)。本技術(shù)的確立，為光纖傳輸系統(tǒng)進(jìn)一步大容量化奠定了基礎(chǔ)。另外，本技術(shù)如果和其他光通信技術(shù)進(jìn)行組合，可以將目前的光傳輸速率提高1000倍以上。