飛象網(wǎng)訊 大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)傳輸已成為社會經(jīng)濟發(fā)展的重要紐帶。隨著國家“寬帶中國”、“三網(wǎng)融合”的政策驅(qū)動，以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展等，使得數(shù)據(jù)傳輸需求量呈現(xiàn)出持續(xù)高速增長的態(tài)勢。當前，家庭網(wǎng)絡帶寬從2010年4M發(fā)展到2021年的千兆，10年時間傳輸速率增長了近250倍，光纖作為光物理傳輸?shù)闹匾浇�，在其中發(fā)揮著舉足輕重的作用。截至2020年，中國已累計鋪設5169萬公里光纜，總長度可繞地球1292圈。
為滿足日益增長的數(shù)據(jù)傳輸需求，光纖通信技術(shù)在不斷的完善和發(fā)展。通過時分、波分、偏振復用和多級調(diào)制等技術(shù)手段，單根常規(guī)單模光纖已實現(xiàn)100Tb／s的高容量傳輸，但受到非線性噪聲、光纖熔合損傷現(xiàn)象和放大器帶寬的限制，已接近其傳輸?shù)奈锢順O限。如何進一步提高光纖的傳輸容量，已成為當前光纖通信技術(shù)研究的核心問題。
提高傳輸容量較直接的方式是增加通信線路中光纖的數(shù)量（即芯數(shù)），光纜中的光纖高密度化、小型化是有效的解決辦法。目前，纖芯密度較高的光纜結(jié)構(gòu)，已實現(xiàn)在外徑僅為26.5mm的光纜中放置3456根200um的細徑光纖，將管道和光纜內(nèi)部空間利用率幾乎發(fā)揮到了極致。雖然這種結(jié)構(gòu)的光纜將纖芯密度增加了2倍，但受到現(xiàn)有線路資源限制，仍將難以支撐未來五年內(nèi)近10倍的數(shù)據(jù)傳輸增長需求。
空分復用技術(shù)
在光纖傳輸其他維度已無法突破的情況下，空分復用技術(shù)為光纖傳輸系統(tǒng)容量提升提供了新的發(fā)展方向，將使系統(tǒng)傳輸容量提升一個數(shù)量級�？辗謴陀眉夹g(shù)，通過在“同一條路”增加“車道”數(shù)量的方式，達到數(shù)倍承載“車”流量的效果�？辗謴陀眉夹g(shù)目前可分為以下三種信道處理方式：
（1）多芯光纖技術(shù)。在同一根光纖包層結(jié)構(gòu)內(nèi)設計多個纖芯，每個纖芯相當于一個獨立的傳輸單元，實現(xiàn)在同一根光纖內(nèi)，多個信號沿著不同的纖芯獨立傳輸。中國信科集團旗下烽火通信的19芯單模光纖，單根光纖實現(xiàn)了1.06Pbit/s的系統(tǒng)傳輸，傳輸容量是常規(guī)單模光纖的10倍以上。
烽火19芯單模光纖及其系統(tǒng)傳輸
（2）少模光纖技術(shù)。在同一根纖芯范圍內(nèi)增加光纖芯徑，光信號在較大芯徑的纖芯內(nèi)傳輸時，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的空間模式傳輸。少模光纖的主要思路是在纖芯結(jié)構(gòu)中設計多環(huán)折射率結(jié)構(gòu)，對激發(fā)的不同模式進行調(diào)整，使所激發(fā)的模式實現(xiàn)信號傳輸，每個模式相當于一個信號組。通過該種方式，單根光纖的傳輸容量可增大數(shù)十倍。
（3）多芯少模光纖技術(shù)，是將前兩者進行組合。將空間復用和模式復用兩種維度集中到一根光纖上，在同一根光纖上實現(xiàn)更多的信號傳輸通道。例如，烽火與國內(nèi)高校合作開發(fā)出的7芯4模光纖，單根光纖的通道數(shù)量相當于常規(guī)單模光纖的28倍，可以極大提高光纖通信容量。
烽火7芯4模多芯少模光纖及LP11模式傳輸3km后模斑
空分復用技術(shù)面臨的問題及解決辦法
空分復用技術(shù)，理論上通過空間與模式的多維度復用，可以在原來的基礎上將單根光纖的傳輸容量提升數(shù)十倍，有望解決未來數(shù)據(jù)傳輸容量危機，是超大容量光纖技術(shù)的發(fā)展方向，但該技術(shù)目前仍然面臨著許多問題亟需解決。
（1）多芯光纖芯間串擾問題。由于多個信號通過不同的纖芯在同一個包層結(jié)構(gòu)中傳輸，某個纖芯中的信號易發(fā)生橫向耦合，進入到相鄰的纖芯中，造成傳輸信號的干擾，導致光信號傳輸質(zhì)量的劣化。目前，國內(nèi)外已有相當多的研究，較為常見的解決辦法是在纖芯周圍設計空氣孔或者較深的折射率下陷溝槽，通過纖芯周圍的折射率深下陷或者空氣孔結(jié)構(gòu)，提升纖芯對光信號的束縛能力，減小光信號的橫向傳輸，從而抑制纖芯信號干擾。通過溝槽輔助，烽火的7芯光纖芯間串擾已達到≤-45dB/(100km)的水平，對實際鏈路傳輸?shù)挠绊戄^小。
空氣孔型光纖 烽火溝槽輔助型多芯光纖
（2）熔接損耗問題。對多芯光纖或者少模光纖而言，光纖熔接過程中各纖芯之間的模場直徑、折射率存在差異，纖芯截面不圓、位置偏差等因素，都會導致光纖在熔接過程中存在較大的熔接損耗。對于該問題，較為有效的解決辦法，一是通過提升光纖結(jié)構(gòu)尺寸精度以及一致性，增加熔接過程中纖芯位置的對準精度，減小熔接損耗；二是通過多芯光纖專用熔接機進行熔接，該熔接機采用側(cè)面成像方式，將多芯光纖端面成像，通過兩端光纖位置定位，計算并通過對軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)纖芯與纖芯的高精度對準，可進一步減小光纖的熔接損耗。
（3）網(wǎng)絡節(jié)點的信號處理問題。多芯光纖在使用過程中需要將多芯光纖與多根單模光纖進行連接，實現(xiàn)多路信號的接收。解決方式為通過扇入扇出的耦合器件，一端為多芯光纖，另一端為對應芯數(shù)的多根常規(guī)單模光纖進行互連。目前，國內(nèi)已有部分高校及企業(yè)具備該種耦合器件的制備能力，單芯損耗可控制在1.0dB左右。
結(jié)語
空分復用技術(shù)符合光纖通信發(fā)展趨勢，是光纖通信技術(shù)領域的一次重大創(chuàng)新，是下一代光通信技術(shù)的發(fā)展方向之一。烽火積極響應國家政策，依托數(shù)十年的技術(shù)積累，先后承接了國家“863”、“973”項目，國家重大研發(fā)計劃項目，湖北省科技計劃項目等，對空分復用技術(shù)展開系統(tǒng)專項研究，致力于推進多芯、多芯少模光纖的大容量通信技術(shù)發(fā)展。未來，烽火將持續(xù)創(chuàng)新，持續(xù)加大研發(fā)投入，繼續(xù)深挖光纖潛力，為我國和全球光通信事業(yè)的發(fā)展，作出新的貢獻。
