極速光纖通信如何改變未來生活？

        近日，有兩則關(guān)于光通信技術(shù)的報(bào)道引起了大家的關(guān)注：德國研究人員在光纖線路中實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到每秒26太比特（Tbit）；另一則是美國華裔科學(xué)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(dāng)我們通過新聞了解到傳輸速率達(dá)到每秒26太比特時(shí)不禁會(huì)問，這樣高的傳輸速率何時(shí)才能走進(jìn)千家萬戶？網(wǎng)絡(luò)傳輸還會(huì)提速嗎？

　　量級(jí)已很難再突破

　　遼寧日?qǐng)?bào)：我們先從新聞?wù)勂?。這兩則新聞是否可以看做是光通信的技術(shù)發(fā)展？報(bào)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(dá)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?yàn)?A href="http://3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e5%85%89%e7%ba%a4%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">光纖通信具有非常大的帶寬資源。而提高傳輸速度，在整個(gè)光通信系統(tǒng)中就是提高整個(gè)帶寬，這是光通信的根本優(yōu)勢(shì)和發(fā)展要求。相信大家都對(duì)“GB”這個(gè)單位不陌生，比如一個(gè)硬盤幾百GB容量。這個(gè)大寫的B是字節(jié)，一個(gè)字節(jié)包含8個(gè)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(jí)。每秒鐘26太比特（Tb）相當(dāng)于每秒26000Gbit，是非常高的傳輸速率了。

　　遼寧日?qǐng)?bào)：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(dá)這個(gè)速率？

　　羅毅：他們?cè)诠庑盘?hào)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(shí)間內(nèi)可以加載更多的信息。我們做個(gè)類比，如運(yùn)送的貨物，單束激光相當(dāng)于單條高速公路的運(yùn)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(dāng)于把車的發(fā)動(dòng)機(jī)的性能提高了或者說換了個(gè)大的車廂，貨裝得多了，而無論哪種形式，都使這條運(yùn)輸線運(yùn)載量大大增加。

　　遼寧日?qǐng)?bào)：德國的這個(gè)使傳輸速率達(dá)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(xiàng)技術(shù)成果，這個(gè)提高傳輸速率的一個(gè)方法還是很巧妙的，有啟發(fā)性；另外從這個(gè)傳輸速率的量級(jí)來看，也基本上是光通信傳輸速度的一個(gè)極限了，很難再提高了。但同時(shí)也應(yīng)該看到，這個(gè)極高的實(shí)驗(yàn)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(shí)際應(yīng)用中還不可能達(dá)到這么高的速度，特別是這個(gè)速度下對(duì)電子器件的要求很高，而且現(xiàn)實(shí)也不用達(dá)到這么高的速率，就如同只有一袋米要運(yùn)，如果我們用一火車或者大貨車去運(yùn)輸就會(huì)顯得沒有必要。

　　每秒100Gbit就夠用

　　遼寧日?qǐng)?bào)：但是我們的信息量會(huì)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(dāng)然希望傳輸?shù)娜萘吭酱笤胶?、速率越快越好，但講到實(shí)際應(yīng)用，特別是光纖到達(dá)每家每戶后，傳輸速度還是有個(gè)應(yīng)用范圍，一般來說如果接入帶寬能達(dá)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(shí)現(xiàn)高速承載。德國的研究速率可以看做是一種技術(shù)儲(chǔ)備。

　　遼寧日?qǐng)?bào)：美國華人科學(xué)家的那個(gè)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(shí)驗(yàn)是在系統(tǒng)方法上改進(jìn)。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(qiáng)度最高、導(dǎo)電性極好等。所以，科學(xué)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(bào)道中的美國華人科學(xué)家在這方面進(jìn)行了研究，做成了光學(xué)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?qǐng)?bào)：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?yàn)橛贸Ｒ?guī)的調(diào)制器和辦法也已經(jīng)達(dá)到了很高的速率，足夠用了。

　　遼寧日?qǐng)?bào)：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(shì)。

　　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(dòng)通信一起被看做是三大主要通信技術(shù)。因?yàn)楣獠ǖ念l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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。互聯(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(diǎn)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?qǐng)?bào)：未來光通信會(huì)發(fā)展成什么樣？

　　羅毅：未來的光纖通信將會(huì)更快，單位比特能耗更低，價(jià)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?qǐng)?bào)：帶寬是我們關(guān)注的一個(gè)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(shí)現(xiàn)Tb級(jí)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(gè)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(jí)的通信網(wǎng)絡(luò)，但到戶的接入帶寬也可以實(shí)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(fèi)用，普通家庭還很難承受得起。

　　遼寧日?qǐng)?bào)：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(jìn)步，價(jià)格會(huì)不斷下降。而在這一個(gè)過程中，我們還有一個(gè)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(jià)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(duì)于這部分需求基本上是 “牛刀小試”。如沒有更多、更高級(jí)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(dòng)技術(shù)跟進(jìn)。在這一過程中，發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)必然途徑，首先的突破口可以是社會(huì)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(jìn)行存儲(chǔ)、分析處理與決策，實(shí)現(xiàn)智能管理、控制和指揮，更加精細(xì)、更加動(dòng)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(jí)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(shí)現(xiàn)，這樣即使使用者付費(fèi)較高，但得到了相應(yīng)的服務(wù)和便利，也會(huì)支持光纖通信的應(yīng)用。

　　遼寧日?qǐng)?bào)：請(qǐng)您舉個(gè)實(shí)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(yuǎn)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(yàn)，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(shí)的，那么只有光纖通信有足夠大的容量和速率來承擔(dān)起這個(gè)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(duì)互聯(lián)網(wǎng)的需求會(huì)越來越高，對(duì)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(huì)全面鋪開，只有這樣，信息高速公路才真正通到了每個(gè)家庭。

　　遼寧日?qǐng)?bào)：謝謝您的介紹，希望我們?cè)缛沼蒙细咚俚?A href="http://3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e5%85%89%e7%ba%a4%e9%80%9a%e4%bf%a1&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">光纖通信接入傳輸技術(shù)。

　　專家檔案

　　羅毅 清華大學(xué)“長江學(xué)者”特聘教授，博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任集成光電子學(xué)國家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任、清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)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(huì)議論文130余篇，中文核心刊物論文100余篇。