美科學(xué)家研究出化解光纖傳播壁壘新技術(shù)

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

　　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，而且是個大問題。”美國新澤西州茉莉山丘阿爾卡特朗訊集團(tuán)研發(fā)部門貝爾實(shí)驗(yàn)室光傳播研究帶頭人Peter Winzer說。

　　一項(xiàng)新的研究會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，報告了一種通過光纖電纜傳輸數(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：“讓我們增加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)主要作為模擬信號通過銅電纜進(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，而且相對可以產(chǎn)生較少的串音或干擾。而且，它同時還可以讓工程師通過一條光纖傳播100個或更多的獨(dú)立信息流。

　　這些信息流是通過基于芯片的激光產(chǎn)生的，激光可以把來自電子設(shè)備的電脈沖轉(zhuǎn)化成光，并打開或關(guān)閉每個波長，產(chǎn)生一種快速閃爍。現(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，檢測器會把光脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮?。在現(xiàn)代激光通信和檢測器的幫助下，今天的單根光纖可同時承載100~200個光信號，整體運(yùn)載能力達(dá)到每秒20萬億比特。

　　這些信號可以在傳播相當(dāng)遠(yuǎn)距離的同時不被減弱。但是如果傳輸距離達(dá)到數(shù)萬公里以上，比如從紐約到洛杉磯的距離，就會悄然發(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時多重信號的干擾。當(dāng)一個信號沿著光纖傳播時，其電磁波會導(dǎo)致玻璃中的電子被攪亂，這種轉(zhuǎn)變會影響其他光波的傳播。其結(jié)果是，兩個最初的光波會發(fā)生合并，在單獨(dú)的波長處形成第三種光波。這種影響作用及其微弱，但是它會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，問題會越來越大。”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。

　　Radic和同事一開始希望通過讓激光更加穩(wěn)定來解決這一問題，但是他們的研究卻沒什么進(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)測的，而不是隨機(jī)的?，F(xiàn)代通信設(shè)備通常會采用若干種激光制作出所有不同波長并傳向光纖。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，把來自單個激光、單個波長的光轉(zhuǎn)變成一定范圍內(nèi)不同波長的脈沖。然后，每個波長會被調(diào)整，并傳播一種光信號。

　　其關(guān)鍵是，當(dāng)主激光信號從其原始波長發(fā)生轉(zhuǎn)變時，每個子脈沖會通過同樣確切的數(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，該技術(shù)可以讓光纖攜帶兩倍的數(shù)據(jù)，或是在信號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，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在評價這項(xiàng)研究時說。然而，他補(bǔ)充說：“該技術(shù)的實(shí)用性仍待進(jìn)一步觀察。”他強(qiáng)調(diào)說，實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)的一個前提是，需要不同于當(dāng)前使用的數(shù)據(jù)編碼和信號處理的全新芯片。

　　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。