光纤发展的下一站: 少模光纤

50年前，高锟博士在PIEE 杂志上发表了题为《光频率的介质纤维表面波导》的论文，从理论上分析证明了用光纤作为传输媒介以实现光通信的可能性，开启了一场人类通信方式的划时代革命。短短几十年间，光纤网络遍布全球，在性能、份额等方面全面超越DSL成为全球宽带市场的领先技术。面向未来，光纤是否能够承载几何级增长的用户带宽需求？

飞速发展20年 光纤遭遇“天花板”

过去的20多年是我国光通信技术发展最为迅速的一段时间。在市场需求和技术进步的“双马达”驱动下，骨干网先后经历了2.5G、10G等不同发展阶段，而今，100G技术已经成为主导，400G开始逐步铺开，更快的1T、2T技术也已进入预研。接入网方面，虽然ADSL率先登场，但随着PON技术的大规模采用，FTTH得到了快速发展。尤其近几年，在“宽带中国”等国家战略的推动下，我国已在光接入方面处于世界前列。短短20年间，普通居民的家庭网络接入带宽已从几十K变为50M、100M，千兆宽带也开始在部分发达地区试点推广。

网络带宽的快速提升离不开光通信技术的持续进步。这其中，波分复用技术的不断完善起到了主要的推动作用。同时，高阶调制、相干检测、DSP等一系列射频通信技术的引入也成为光通信发展的巨大助力，成就了现在100G商用传输系统。

然而，作为光通信的载体，光纤在发展上却碰到了“天花板”。“由于非线性效应的存在，光传输系统中时间、频率、偏振等各个物理维度的复用正在接近香农极限，基于单模光纤的光传输系统的能耗增长也成为不得不考虑的问题。”王瑞春指出。

谁将成为光纤发展的“下一站”？

在市场需求的拉动下，科学家和技术人员对光传输系统容量的挖掘进一步深入，空分复用技术被寄予厚望。作为这一技术的匹配介质，多芯光纤和少模光纤备受瞩目。

多芯光纤是通过多根单模纤芯传输信号，其本质与多根单模光纤并无不同，即使今后能够做到集成化、小型化，对能耗的需求仍然很高。同时芯数越多，集成化的成本也就随之增高。少模光纤是通过增加单芯光纤中传播的光束的模式来实现复用，在提高容量的前提下对能耗的需求增加不明显。同时，少模光纤的现场使用方式也与现有单模光纤的现场使用方式基本兼容，其使用的复杂性也没有明显增加。

“当然，目前也有一些例如角动量复用、量子通信等新概念的提出，但相对于目前实际的光传输系统而言，少模光纤更能够看得到应用前景。”在对未来光纤发展方向的判断上，王瑞春在两款光纤中的选择显而易见。“我们认为，少模光纤有可能是为光通信带来跨越式发展的‘里程碑’式产品。”

未来发展：五年小成，十年大成

如果要给这款有望带来光通信跨越式发展的“里程碑”式产品加一个成熟的期限，王瑞春给出的答案是五到十年。

少模光纤的研究是全球通信技术研究，特别是光纤通信研究的热点之一。每年全球最主要的光通信会议如OFC、ECOC等论坛上，都会涌现出大量少模光纤的研究报告，在少模光纤的传输实验、设计制造以及相关器件和应用等方面均有涉及。目前，在仅采用EDFA放大器的情况下，少模光纤的传输实验已经达到256Gb/s，100km/span，已接近单模光纤的传输记录。在少模光纤的制备上，已有商用的少模光纤产品出现，主要提供给高校和研究所进行相关的实验研究。而在少模器件方面，也已经有商用的EDFA少模光纤放大器，放大的模式数目达到6个以上。除传输外，国内的很多高校和研究所还在积极探索少模光纤在传感等更多领域的应用。光通信领域的国际巨头康宁、OFS、普林斯曼等，也在不断发表光纤设计、制备等方面的文章，并积极申请相关专利，为未来发展蓄力。

随着少模光纤制备技术的逐渐成熟，少模传输技术的不断探索，以及少模传输相关器件的研制成型，少模光纤技术将逐步从实验室阶段走向商用。而随着相关技术发展，及相应器件成本的下降，十年内少模光纤很可能成为超大容量传输技术的主流产品，在光纤传输系统中占据一席之地”。

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