图1 工人在澳大利亚新南威尔士州沃加沃加铺设新型光纤电缆 。铺设这种光纤电缆的高昂成本促使人们开始研究如何扩大现有光纤所能承载的信息量 。图片来源：Bidgee, Wikimedia Commons（CC BY-SA 3.0 Au）
许多已铺设的光纤的传输速率为每秒100 Gb 。Ballato教授说：“为了扩增其数据传输能力 ， 我们目前正在研究光的属性 ， 并利用其属性在最小失真的情况下将更多的信息扩增至光纤中 。”一种名为波分复用的方法通过增加光纤传播中光的波长值来增加信息传输通道 。
UCL团队通过开发大量的空闲波长 ， 使得波分复用方法进一步发展 。尽管一些电缆承载了部分L波段（位于1568 nm和1605 nm之间） ， 但用于长距离传输的光纤电缆线路通常仅承载C波段（其跨度为 1530~1565 nm）的光 。UCL团队在较少使用的S波段（位于1484和1520 nm之间）中增加了波长 。通过合理布置三台激光器和组合放大器 ， 他们达到了16.8 THz的光谱范围 。这是单芯光纤所能达到的最大光谱范围 ， 该光谱范围是最佳商用光纤网络的两倍 。通过增加带宽 ， 研究人员能够在额定容量为每秒100 Gb的标准光纤中以每秒 178 Tb的速率将数据发送至40 km处 。Willner教授说：“这是使用更宽波长范围电缆的良好证明 。”
然而 ， 传输更长的波长通常意味着需要增加激光器和其他设备 ， 这些设备十分昂贵并且会消耗大量功率 。2020年 ， 另一个团队证明了他们可以将许多电子器件放置到一个微芯片中 。澳大利亚维多利亚州墨尔本市莫纳什大学的电气与计算机系统工程学专业的讲师 Bill Corcoran及其同事研发了一种微梳 ， 该设备能将激光器与光学谐振器配对 ， 而光学谐振器能够将激光器所发射的光分为80个波长 。研究人员称 ， 他们已在墨尔本地区的莫纳什大学和皇家墨尔本理工大学之间连接了一条长约77 km的光纤 ， 其传输速率可达每秒40 Tb 。Corcoran称他们的方法能够减少设备数量 。
Infinera公司和Windstream公司合作研究了另一个传输问题 。电信公司正在推出传输速度为每秒400 Gb甚至800 Gb的网络 。但由于光纤性能随着传输距离的增长而下降 ， 因此一条传输速率为每秒400 Gb的线路通常只能在大约100 km内维持该速率 。Infinera-Windstream团队研发的传输线路能够在700 km范围内保持每秒800 Gb的传输速率 ， 原因是该线路使用了Nyquist子载波 ， 该子载波是通过将来自每个激光器的光束切割成多个数据流而产生的 。该方法的一个好处是减少了光在传输时的光纤色散 。
Ballato教授认为 ， 诸如UCL团队之类的证明很重要 ， 因为他们阐述了使用更宽波长范围的可能性 ， 但 Infinera-Windstream团队的实验验证了现在所能够达到的性能 。他评价道：“Infinera-Windstream团队验证了通过实际网络能够达到每秒800 Gb的传输速率 ， 这令人印象深刻 。”
专家一致认为 ， 光纤容量的大幅增加即将成为现实 。Ballato教授说：“UCL团队的成果是未来趋势的一个信号 。这可能要花上几年的时间 ， 但商业需求持续存在 。”但Willner教授则认为：“创新不能停止 ， 因为即使光纤容量增加了一倍 ， 它也只够维持几年的时间 。”
注：本文内容呈现略有调整 ， 若需可查看原文 。
改编原文：
Mitch Leslie.Records Broken for Optical Fiber Capacity and Distance[J].Engineering,2021,7(2):139-140.

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【光纤容量和传输距离打破纪录丨Engineering】