近日,有兩則關(guān)于
光通信技術(shù)的報道引起了大家的關(guān)注:德國研究人員在光纖線路中實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸速率達到每秒26太比特(Tbit);另一則是美國華裔科學家使用納米材料石墨烯研制出了新型
光調(diào)制器,有望使
光通信速度提高1萬倍。在互聯(lián)網(wǎng)日益普及的今天,人們期待著更加快速的信息傳輸技術(shù),當我們通過新聞了解到傳輸速率達到每秒26太比特時不禁會問,這樣高的傳輸速率何時才能走進千家萬戶?網(wǎng)絡(luò)傳輸還會提速嗎?
量級已很難再突破
遼寧日報:我們先從新聞?wù)勂稹_@兩則新聞是否可以看做是
光通信的技術(shù)發(fā)展?報道說德國的研究人員在
光纖通信線路中使單束激光的數(shù)據(jù)傳輸速率達到每秒26太比特 (Tbit)“每秒26太比特”是什么概念?和目前的通信傳輸差多少倍?
羅毅:通信專家們發(fā)展
光通信技術(shù),首先就是因為
光纖通信具有非常大的
帶寬資源。而提高傳輸速度,在整個
光通信系統(tǒng)中就是提高整個
帶寬,這是
光通信的根本優(yōu)勢和發(fā)展要求。相信大家都對“GB”這個單位不陌生,比如一個硬盤幾百GB容量。這個大寫的B是字節(jié),一個字節(jié)包含8個比特(bit),我們現(xiàn)在到家庭的寬帶(ADSL)一般是2-4Mb/s,但如果是光纖就可以到每秒Gbit級。每秒鐘26太比特(Tb)相當于每秒26000Gbit,是非常高的傳輸速率了。
遼寧日報:那說明速度是非??炝?,1秒可傳幾百張DVD光盤容量的數(shù)據(jù)。那么他們大致采用何種方法到達這個速率?
羅毅:他們在光信號的處理上特別是在調(diào)制器的工作方式上找到了一種新的好辦法,使得在單位時間內(nèi)可以加載更多的信息。我們做個類比,如運送的貨物,單束激光相當于單條高速公路的運輸,那么在調(diào)制器工作方式得到改善后,信息傳輸速率提高了,相當于把車的發(fā)動機的性能提高了或者說換了個大的車廂,貨裝得多了,而無論哪種形式,都使這條運輸線運載量大大增加。
遼寧日報:德國的這個使傳輸速率達到每秒26Tbit的技術(shù)是否可以說有很大的突破?
羅毅:作為一項技術(shù)成果,這個提高傳輸速率的一個方法還是很巧妙的,有啟發(fā)性;另外從這個傳輸速率的量級來看,也基本上是
光通信傳輸速度的一個極限了,很難再提高了。但同時也應(yīng)該看到,這個極高的實驗室速度有技術(shù)理論意義,也可以用在特殊的環(huán)境中,但在通常的實際應(yīng)用中還不可能達到這么高的速度,特別是這個速度下對電子
器件的要求很高,而且現(xiàn)實也不用達到這么高的速率,就如同只有一袋米要運,如果我們用一火車或者大貨車去運輸就會顯得沒有必要。
每秒100Gbit就夠用
遼寧日報:但是我們的信息量會越來越多,特別是在互聯(lián)網(wǎng)普及和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的情況下。
羅毅:人們當然希望傳輸?shù)娜萘吭酱笤胶?、速率越快越好,但講到實際應(yīng)用,特別是光纖到達每家每戶后,傳輸速度還是有個應(yīng)用范圍,一般來說如果接入
帶寬能達到100Gbit/秒,就很理想而且足夠用了,即使是在未來二三十年里的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的情況下也完全可實現(xiàn)高速承載。德國的研究速率可以看做是一種技術(shù)儲備。
遼寧日報:美國華人科學家的那個用石墨烯做調(diào)制器提高速度的研究有何意義?
羅毅:他是在材料上做的研究,而德國的傳輸實驗是在系統(tǒng)方法上改進。目前把納米技術(shù)應(yīng)用到
光通信中是一種探索,石墨烯是一種碳的單層納米材料,有很多優(yōu)良的性能,比如強度最高、導(dǎo)電性極好等。所以,科學家嘗試和研究把它應(yīng)用在
光通信器件特別是調(diào)制器上,旨在提高光子通過率、提高傳輸速度。報道中的美國華人科學家在這方面進行了研究,做成了光學調(diào)制器并取得了良好的傳輸效果,說明石墨烯用于
光調(diào)制器是可行的。
遼寧日報:用石墨烯做成的調(diào)制器也有望使傳輸速度提高?
羅毅:是的,但是也應(yīng)該看到,用石墨烯做成的調(diào)制器的辦法來提高傳輸速度的意義不大,因為用常規(guī)的調(diào)制器和辦法也已經(jīng)達到了很高的速率,足夠用了。
遼寧日報:看來各國都在加緊
光通信技術(shù)的研發(fā),
光通信已成為未來通信的大趨勢。
羅毅:
光通信技術(shù)發(fā)展在近十幾年發(fā)展迅猛,與衛(wèi)星通信、移動通信一起被看做是三大主要通信技術(shù)。因為光波的頻率比無線電波的頻率高、波長比無線電波的波長短,因此
光通信具有傳輸頻
帶寬、通信容量大和抗電磁干擾能力強等優(yōu)點?;ヂ?lián)網(wǎng)用戶劇增,信息交流越來越頻繁,這給原有的通信網(wǎng)絡(luò)帶來了巨大的流量壓力,
光通信的這些優(yōu)點是傳統(tǒng)的電纜通信無法比擬的,這也使
光纖通信成為解決未來互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展巨大
帶寬需求的最終途徑。
遼寧日報:未來
光通信會發(fā)展成什么樣?
羅毅:未來的
光纖通信將會更快,單位比特能耗更低,價格更便宜,這也是我們研究工作者正在努力的方向。
生活將離不開“
帶寬”
遼寧日報:
帶寬是我們關(guān)注的一個問題,上網(wǎng)速度快、下載迅速在互聯(lián)網(wǎng)普及的今天成為普遍的愿望,既然目前技術(shù)上傳輸速率都可以實現(xiàn)Tb級的,但是我們多數(shù)家庭接入的
帶寬卻不是
光纖通信,還是用只有幾個Mb的
帶寬電纜通信。那么,目前
光纖通信的應(yīng)用遇到的最大問題是什么?
羅毅:
光纖通信的高速是不容置疑的,即使
光纖通信形成了多級的通信網(wǎng)絡(luò),但到戶的接入
帶寬也可以實現(xiàn)每秒百兆比特(100Mbit)、甚至千兆比特(Gbit)。至于至今未能大范圍應(yīng)用,我想主要是成本的問題。目前
光纖通信的各
器件的成本偏高,必然導(dǎo)致光纖到戶后,成本合下來,每戶要付幾百甚至過千元的費用,普通家庭還很難承受得起。
遼寧日報:只有到
器件等成本降下來才能普及應(yīng)用嗎?
羅毅:
器件成本的降低是必然要求,隨著技術(shù)的進步,價格會不斷下降。而在這一個過程中,我們還有一個培育需求、培育市場的工作也要做。好比客車有很多,但坐車的人很少,導(dǎo)致票價昂貴或客車只能在那里閑置,所以必須讓更多人出行、有更多的乘客。目前互聯(lián)網(wǎng)市場的信息需求量在不斷加大,但是多集中在看電影、看電視等多媒體的需求上,這固然需要更高的
帶寬,但是
光纖通信對于這部分需求基本上是 “牛刀小試”。如沒有更多、更高級的需求,就難以形成規(guī)模效應(yīng)以降低成本和收回投入。要想打破這一瓶頸,就必須發(fā)展全方位的網(wǎng)絡(luò)服務(wù),讓需求帶動技術(shù)跟進。在這一過程中,發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)是一個必然途徑,首先的突破口可以是社會管理,如把光纖傳感器嵌入或裝備到電網(wǎng)、鐵路、隧道、公路、橋梁、大壩、供水系統(tǒng)、油氣管道等各種重大工程設(shè)施中,通過
光通信連接到網(wǎng)絡(luò)上,形成物聯(lián)網(wǎng),通過進行存儲、分析處理與決策,實現(xiàn)智能管理、控制和指揮,更加精細、更加動態(tài)地管理生產(chǎn)、生活的方方面面,這是在政府企事業(yè)級別的應(yīng)用。另外,就是面向公眾、面向生活。讓有關(guān)公眾生活的方方面面都可以通過
光纖通信帶來的高速互聯(lián)來實現(xiàn),這樣即使使用者付費較高,但得到了相應(yīng)的服務(wù)和便利,也會支持
光纖通信的應(yīng)用。
遼寧日報:請您舉個實際應(yīng)用的例子。
羅毅:比如建設(shè)發(fā)展家庭、單位與醫(yī)院聯(lián)網(wǎng)的遠程醫(yī)療。通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸,病人可以在家里接受醫(yī)生的診斷,包括各種拍片、化驗,但像拍片等需要大規(guī)模的圖像傳輸,這些數(shù)據(jù)是海量的、即時的,那么只有
光纖通信有足夠大的容量和速率來承擔起這個重任。再如物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)于百姓生活最重要的部分,比如汽車保養(yǎng)、家庭防盜、智能出行等,這樣的服務(wù)給公眾帶來了便利,對互聯(lián)網(wǎng)的需求會越來越高,對容量和
帶寬的要求也要提高,
光纖通信的大容量和高速率正好是滿足這一要求的技術(shù)支撐,必然會全面鋪開,只有這樣,信息高速公路才真正通到了每個家庭。
遼寧日報:謝謝您的介紹,希望我們早日用上高速的
光纖通信接入傳輸技術(shù)。
專家檔案
羅毅 清華大學“長江學者”特聘教授,博士生導(dǎo)師,現(xiàn)任集成光電子學國家重點聯(lián)合實驗室主任、清華大學實驗區(qū)主任。主要從事半導(dǎo)體光電子
器件方面的研究工作,迄今為止共發(fā)表各類論文300余篇,其中有國際著名雜志論文100余篇,國際會議論文130余篇,中文核心刊物論文100余篇。