光纤容量和传输距离打破纪录丨Engineering 本文选自中国工程院院刊《E

本文选自中国工程院院刊《Engineering》2021年第2期
作者：Mitch Leslie
来源：Records Broken for Optical Fiber Capacity and Distance[J].Engineering,2021,7(2):139-140.
编者按
互联网流量的爆炸式增长推动了更多的光纤带宽需求，第5代移动蜂窝网络同样增加了人们对光纤容量的需求。新冠病毒肺炎的流行迫使更多人在家工作，也大大增强了人们对网上娱乐、购物和其他曾经在线下进行的活动的依赖性。
中国工程院院刊《Engineering》2021年第2期刊发《光纤容量和传输距离打破纪录》。文章指出，光纤容量的大幅增加即将成为现实。据文章报道， 2020年8月，来自英国伦敦大学学院的工程师刷新了一项通过单根光纤传输数据的新纪录，即传输速度达到了每秒178 Tb ，比原纪录高20%；2020年 6月，两家美国电信公司创造了光纤传输距离的新纪录，即开发和维护了一条730 km的光纤线路。

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2020年8月，英国伦敦大学学院（UCL）的工程师报道了一项通过单根光纤传输数据的新纪录，即传输速度达到了每秒178 Tb ，比原纪录高20% 。2020年 6月，位于加利福尼亚州森尼韦尔市的Infinera和位于阿肯色州小石城的Windstream这两家美国电信公司创造了一项新的纪录。两家公司首次合作开发和维护了一条从美国加利福尼亚州圣地亚哥到亚利桑那州凤凰城的长距离光纤线路，该线路长达730 km ，传输速率达到了每秒 800 Gb 。
这些成就展示了在光纤网络中满足新容量需求的两种新方法。美国加利福尼亚州洛杉矶市的南加利福尼亚大学的电气工程学教授Alan Willner表示：“这些方法之所以更加重要，是因为它们不需要重新铺设电缆，即便使用现有光纤，也可以通过在终端进行更新而显著提升系统的容量。”
互联网流量的爆炸式增长推动了更多的光纤带宽需求。美国加利福尼亚州圣何塞的网络巨头思科（Cisco）公司估计，到2021年，互联网流量将达到2016年的3 倍。然而，该估计值并未考虑2019年新冠病毒肺炎（COVID-19）疫情的影响。新冠病毒肺炎的流行迫使更多人在家工作，并增强了人们对网上娱乐、购物和其他曾经在线下进行的活动的依赖性。此外，在美国和其他国家推出的第5代（5G）蜂窝网络将进一步增加人们对光纤容量的需求。加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校的电气和计算机工程学教授Dan Blumenthal说：“以前，人们认为并不需要兆兆位级的传输速率，但现在我们需要。”
Blumenthal认为，增加光纤的容量可能会带来另一个好处。光纤网络会消耗大量功率，因此，他指出：“能源效率至关重要，而且光纤带宽越大越好。”
新型光纤有能力承受一定的负载。在过去的40年里，各种创新方法已使光纤的容量增加了1000万倍以上，并且工程师正在进行更多的尝试以获得更大的容量。光是通过光纤的玻璃纤芯进行传输的，所谓的多芯光纤本质上是由多根玻璃纤芯组成的，多芯光纤是提高光纤容量的一种途径。
多芯设计在实验室中创造了传输纪录。2020年，日本国立通信技术研究所（National Institute for Communications Technology）的研究人员利用三芯光纤实现了每秒172 Tb的传输速率，而UCL团队的纪录是单芯光纤的传输速率。多芯光纤的首次实地测试于2019年在意大利开展。研究人员正在研发其他有前景的传输途径，其中包括能够使光传播的速度提高30倍的中空纤维。
但是，新型光纤面临着一个巨大障碍，即安装成本（图1）。铺设光纤线路的成本可能高达50万USD·km–1 ，这迫使人们寻找更经济的替代方案。美国南卡罗来纳州克莱姆森大学材料科学与工程学教授John Ballato 说：“我们必须铺设新型光纤，但是目前地下已经有大量的光纤了。现在的问题是，我们可以在现有的光纤网络的基础上铺设新型光纤，以传输更多的数据吗？”