美科學(xué)家研究出化解光纖傳播壁壘新技術(shù)

　　ICCSZ訊   高速通過(guò)光纖的光可以運(yùn)載大量數(shù)據(jù)，但隨著距離加大，錯(cuò)誤也會(huì)悄然而入。

　　電話、視頻、社交媒體等正在導(dǎo)致信息高速公路發(fā)生嚴(yán)重?fù)矶?。?000年起，像頭發(fā)絲一般細(xì)的全球光纖上運(yùn)載的數(shù)據(jù)每年正在以約60%的速度遞增。照此速率，今天的光纖網(wǎng)絡(luò)在兩三年內(nèi)就會(huì)達(dá)到最大負(fù)荷，把互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變成虛擬版的洛杉磯交通堵塞。“互聯(lián)網(wǎng)傳輸困境確實(shí)存在，而且是個(gè)大問(wèn)題。”美國(guó)新澤西州茉莉山丘阿爾卡特朗訊集團(tuán)研發(fā)部門(mén)貝爾實(shí)驗(yàn)室光傳播研究帶頭人Peter Winzer說(shuō)。

　　一項(xiàng)新的研究會(huì)把光纖通道面臨的困境向后推遲數(shù)年：近日，加州大學(xué)圣迭戈分校的研究人員在發(fā)表于《科學(xué)》的一篇研究成果中，報(bào)告了一種通過(guò)光纖電纜傳輸數(shù)字化信息的新模式，該模式可以把光纖的傳輸能力提高2~4倍。

　　Winzer稱：“該研究是在科學(xué)理念上的一種突破。”加州山景城谷歌公司光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)師Vijay Vusirikala也如此認(rèn)為，他表示：“讓我們?cè)黾?A href="http://3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e5%85%89%e7%ba%a4&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">光纖容量的任何技術(shù)都非常關(guān)鍵。”

　　光纖最早在上世紀(jì)80年代被采用，因?yàn)樗鼈冿@示出可增加互聯(lián)網(wǎng)傳輸能力的顯著潛力。在此之前，數(shù)據(jù)主要作為模擬信號(hào)通過(guò)銅電纜進(jìn)行傳播。光導(dǎo)纖維——以光調(diào)頻脈沖的方式傳輸數(shù)據(jù)——具有遠(yuǎn)大于銅電纜的傳播能力或帶寬。這是因?yàn)橛兄煌ㄩL(zhǎng)或顏色的光脈沖可以獨(dú)立地沿著同樣的纖維傳播，而且相對(duì)可以產(chǎn)生較少的串音或干擾。而且，它同時(shí)還可以讓工程師通過(guò)一條光纖傳播100個(gè)或更多的獨(dú)立信息流。

　　這些信息流是通過(guò)基于芯片的激光產(chǎn)生的，激光可以把來(lái)自電子設(shè)備的電脈沖轉(zhuǎn)化成光，并打開(kāi)或關(guān)閉每個(gè)波長(zhǎng)，產(chǎn)生一種快速閃爍?，F(xiàn)在，工程師還模擬了脈沖的形狀、階段、極化及其在光纖中的物理空間。在光纖信息公路的盡頭，檢測(cè)器會(huì)把光脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮印Ｔ诂F(xiàn)代激光通信和檢測(cè)器的幫助下，今天的單根光纖可同時(shí)承載100~200個(gè)光信號(hào)，整體運(yùn)載能力達(dá)到每秒20萬(wàn)億比特。

　　這些信號(hào)可以在傳播相當(dāng)遠(yuǎn)距離的同時(shí)不被減弱。但是如果傳輸距離達(dá)到數(shù)萬(wàn)公里以上，比如從紐約到洛杉磯的距離，就會(huì)悄然發(fā)生光學(xué)變形，導(dǎo)致誤差累積降低傳輸數(shù)據(jù)的質(zhì)量。這是由于在不同波長(zhǎng)時(shí)多重信號(hào)的干擾。當(dāng)一個(gè)信號(hào)沿著光纖傳播時(shí)，其電磁波會(huì)導(dǎo)致玻璃中的電子被攪亂，這種轉(zhuǎn)變會(huì)影響其他光波的傳播。其結(jié)果是，兩個(gè)最初的光波會(huì)發(fā)生合并，在單獨(dú)的波長(zhǎng)處形成第三種光波。這種影響作用及其微弱，但是它會(huì)隨著距離加大逐漸積累——在攜帶很多光的纖維中尤其如此。“隨著通道的增多和距離的加大，問(wèn)題會(huì)越來(lái)越大。”該研究作者之一、加州大學(xué)圣迭戈分校電子工程學(xué)家和光物理學(xué)家Stojan Radic說(shuō)。

　　Radic和同事一開(kāi)始希望通過(guò)讓激光更加穩(wěn)定來(lái)解決這一問(wèn)題，但是他們的研究卻沒(méi)什么進(jìn)展。因此，他們采取了一種不同的策略：保證激光變化是可預(yù)測(cè)的，而不是隨機(jī)的?，F(xiàn)代通信設(shè)備通常會(huì)采用若干種激光制作出所有不同波長(zhǎng)并傳向光纖。與此不同，Radic的研究團(tuán)隊(duì)采用了一種叫作頻率梳的設(shè)備，把來(lái)自單個(gè)激光、單個(gè)波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)變成一定范圍內(nèi)不同波長(zhǎng)的脈沖。然后，每個(gè)波長(zhǎng)會(huì)被調(diào)整，并傳播一種光信號(hào)。

　　其關(guān)鍵是，當(dāng)主激光信號(hào)從其原始波長(zhǎng)發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，每個(gè)子脈沖會(huì)通過(guò)同樣確切的數(shù)量步伐一致地發(fā)生轉(zhuǎn)變。這可以讓其直接發(fā)現(xiàn)光畸變，并扣除這些畸變。Radic表示，這樣一來(lái)，該技術(shù)可以讓光纖攜帶兩倍的數(shù)據(jù)，或是在信號(hào)需要被還原之前使其傳輸?shù)木嚯x相當(dāng)于現(xiàn)在的兩倍。他補(bǔ)充說(shuō)，他的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)有了明確的方法，可以讓光纖傳播的信息量或傳播距離再加一倍。

　　“這是非常重要的一步。”Winzer在評(píng)價(jià)這項(xiàng)研究時(shí)說(shuō)。然而，他補(bǔ)充說(shuō)：“該技術(shù)的實(shí)用性仍待進(jìn)一步觀察。”他強(qiáng)調(diào)說(shuō)，實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)前提是，需要不同于當(dāng)前使用的數(shù)據(jù)編碼和信號(hào)處理的全新芯片。

　　即便這項(xiàng)技術(shù)可以讓現(xiàn)有光纖的信息傳播能力增長(zhǎng)數(shù)倍，最終仍然不是鋪設(shè)更多信息高速公路的其他替代性方案，Winzer和其他研究人員表示。那些新光纜需要包含前沿技術(shù)，如具有遠(yuǎn)高于當(dāng)前使用的地下光纖的帶寬的“多模式”纖維。然而，鋪設(shè)新光纖的成本將極其高昂，因此也是最后的一種選擇。