光纤通讯展览会及研讨会上报告了两项新的光纤记录

近日，在美国光纤通讯展览会及研讨会（OFC 2020）上报告了两项新的光纤记录，介绍了最新发布在论文中的部分成果。日本国家通信技术研究所（NICT）的一个研究小组通过一根多芯光纤达到了惊人的172兆比特每秒的吞吐量，超过了世界上最大容量海底电缆中所有光纤的总吞吐量。诺基亚贝尔实验室（Nokia Bell Labs）的报告显示，其单流数据传输速率为每秒1.52 Tbps，是目前数据中心使用的最快链路每秒400Gbps的四倍。

在3月9日至12日于圣地亚哥举行的IEEE共同赞助的OFO 2020会议上，尽管随着COVID-19病毒在全球迅速传播，许多参展商、演讲者和潜在观众放弃了参展计划，但主办方还是继续举办了该展会。

近几十年来，由于光纤发射机能够通过自20世纪90年代以来一直使用的标准单模光纤传输的数据速率大幅提高，电信业务量不断增加。但光纤传输量现在已接近信息传输的非线性Shannon极限，因此，开发人员正在探索通过空分复用扩展并行光路数量的方法。

Image: National Institute for Communications Technology

空分复用（space division multiplexing）是MIMO的一种光学对等技术，它使用多个输入和输出天线进行大容量微波传输。主要方法是：将多个导光纤芯封装成光纤，或重新设计纤芯，使光沿着多条平行路径通过纤芯传输，纤芯末端可以隔离。

然而，增加核的数量是有限制的。它们之间必须至少间隔40微米，以防止噪声引起的串扰。因此，根据长距离和海底网络的125微米直径标准，光纤中可容纳的芯线不超过5个。增加更多的芯线可以提高数据传输速率，但这会导致光纤直径高达300微米，这种造价会昂贵很多，且多为海底电缆应用设计。

在最近的一篇论文中，美国国家技术研究所的Georg Rademacher描述了一种叫做紧密耦合多芯光纤的新设计。他解释说，这种设计的关键区别在于“核心彼此靠近，因此信号有意地相互耦合。“理想情况下，耦合到一个纤芯中的光应该在几米后传播到所有其他纤芯中。”这些信号类似于来自光纤的信号，其中单个纤芯携带多个模式，需要MIMO处理来提取输出信号。然而，由于新光纤中的信号在纤芯之间的耦合距离比早期的少数模式光纤短得多，因此所需的处理要简单得多。

Image: National Institute for Communications Technology

早期的紧密耦合演示仅限于小于5纳米的窄波长范围。在圣地亚哥，Rademacher报道了用频率梳光源发出的信号测试了一根80公里长的三芯125纳米光纤。研究小组传输了24.5gigabaud，16-quadrature amplitude modulated（16-QAM）信号，以在跨越75纳米带宽的C和L光纤带中的359个光信道上采样性能。信号通过测试光纤和光放大器反复循环，模拟总距离2040公里。

在这段距离内测得的总数据速率为每秒172 terabits，创下了125微米光纤的记录。他说，直径大得多、纤芯多的光纤在2000公里内传输了超过700 terabits，但这仍停留在实验室阶段。世界上最大容量的商业系统太平洋光缆网将需要6根光纤，以便在全面运行时发送144 terabits。Rademacher说，这种紧密耦合的光纤“远未达到海底使用所需的成熟度”。他的研究小组还正在研究多芯光纤可能改进当今单模光纤的其他方法。

近日，诺基亚贝尔实验室宣布，其研究人员在80公里标准单模光纤上实现高达1.52 Tbps的单载波速率，创下新的世界纪录。诺基亚贝尔实验室（Nokia Bell Labs）的Fred Buchali在斯图加特（Stuttgart）通过互联网发言，解释了他的团队是如何使用一种新的硅锗芯片，通过80公里的标准单模光纤，实现了每秒1.52万亿比特的单载波传输速率。

该速率相当于同时播放150万个YouTube视频，四倍于当前市场上近400Gbps的最高单载波速率。这项世界纪录以及同时推出的其他光网络创新技术，将进一步加强诺基亚在5G时代的网络开发能力，以满足工业物联网和消费者应用在数据、容量和时延方面不断增长的需求。

研究团队推出了全新调制格式，可提升10,000公里海缆的线性和非线性传输性能。该调制格式由神经元网络生成，性能显著优于当前海缆系统所采用的传统格式（QPSK）。

德国Micram Microelectronic GmbH of Bochum使用高速双极晶体管和55纳米CMOS技术为诺基亚设计并制造了样机。Buchali说，通过光纤环路和添加铒放大器，它们可以以1.46 Tbit/s的数据速率达到240公里。显然，目标是以80公里的典型数据中心距离达到1.6 Tbit/s，是目前最好的400千兆比特每秒的四倍。

诺基亚贝尔实验室（Nokia Bell labs）智能光学结构与设备研究实验室负责人Theodore Sizer表示：“如果我们能够像这里所展示的那样，用一个运营商而不是像许多运营商所说的4个400Gbps的运营商来实现这个目标，那么这个解决方案很可能在频谱使用效率和成本上都会更高。”