光纤的三大技术趋势

前段时间，小枣君去了趟湖北武汉，参观中国信科的光通信技术和网络全国重点实验室。

这个实验室是中国信科光通信核心技术的研发基地，拥有很多行业顶尖人才，也承担着多项国家级重大科研项目。

参观时，实验室相关负责人罗鸣主任重点介绍了三项光纤技术——单模多芯光纤、空芯光纤、少模单芯光纤，正好代表了光纤的未来发展方向。

整个参观过程受益匪浅。接下来，我就基于现场了解到的信息和知识，给大家也做个分享。

█ 单模多芯光纤

先说说单模多芯光纤。

今年3月份的时候，就有过新闻——中国信科的这个重点实验室，联合鹏城实验室、烽火藤仓光纤科技，首次在10.3公里的24芯单模光纤上，实现了2.5Pb/s的实时双向传输容量。

这次参观，就看到了这项技术的展示。

24芯，就是在一根光纤里，塞入了24根独立的芯，容量一下子就是24倍。

他们采用的波段，是S+C+L波段，覆盖范围达到19.65THz，波道间隔75GHz的话，一共是262（19.65÷0.075）个波长通道。

叠加24芯，就是6288个并行通道。6288×400G，理论总容量即达2.5152Pb/s，与实测的2.5Pb/s高度吻合。

使用的光模块，是商用400G光模块，并没有很特殊。这意味着整套系统完全基于现有成熟器件构建，极大降低了产业化成本。

这个系统结合了创新双向传输机制与低复杂度信号处理方案，在大幅提升传输容量的同时，显著降低系统实现难度与硬件成本。它的应用场景非常明确，就是数据中心互联、城域高速传输等。

单模24芯最大的难点，在于如何克服芯间串扰——24根纤芯在微米级间距下紧密排列，相邻纤芯的倏逝场交叠，引发模场耦合，导致信号串扰与功率泄漏。

实验室团队采用的方法，一方面，是精心设计最合理的排列方式（正六边形密排）。这样的话，对称应力均匀、弯曲诱发附加耦合更小。另一方面，在每根纤芯外围制作一圈掺氟低折射率下陷沟槽，形成光势垒，截断倏逝场向外扩散，大幅降低耦合系数。

说实话，这种单模多芯光纤还是比较“娇贵”的，弯曲半径肯定不会太小，然后扭绞控制会比较严格，成缆绞距会比较大。说白了，就是不能过于弯曲。

再来看看空芯光纤。

实验室展示的，是基于改进型双嵌套反谐振空芯光纤，可以实现51.2km距离的单纤双向240Tb/s超大容量实时光传输。

系统最高支持单波1.2Tb/s信号传输，实现了超17THz的可用带宽，S+C+L全工作波段带内衰减平均小于0.3dB/km，单点最低衰减达0.05dB/km——这已逼近石英光纤的理论瑞利散射极限。

实验室展示的空芯光纤，采用的是四组双嵌套，每组由两层同心反谐振毛细管构成。

空芯光纤是这几年的热门概念，小枣君之前曾经专门介绍过。（空芯光纤，为什么这么火？）

它的核心优势在于光在空气芯中传播，大幅降低非线性效应与色散，光的传播速率也比在玻璃中更快，所以可以实现更低的时延，特别适合银行金融等领域的需求。

小枣君一直都很关注空芯光纤的工程化问题，例如施工部署是否容易，熔接是否容易。据罗主任介绍，目前空芯光纤的成缆和熔接都没有大的问题，具备初步规模商用条件。

他也补充说，其实空芯光纤最好是真空，但实际工程化确实不太方便，所以还是充入了空气（空气可能会因为温度变化导致气压微变）。而空气中的二氧化碳和水蒸气会产生吸收峰，降低空芯光纤的可用带宽。这是未来工程应用需要解决的问题。

最后，是少模单芯光纤。

实验室展示的超宽带少模光纤传输平台，采用S波段、C++波段、与L++波段的联合扩展方案，将波段范围扩展至19.85THz。

通过模式复用的6个空间信道和密集波分复用（DWDM）的794个25GHz信道的并行传输，实现了总共4764个用于传输信号的信道，系统总净容量超过1Pbit/s，光纤传输距离达到20公里。

这意味着，系统的包层直径与标准单模光纤相同（125μm），信号传输速率却达到了标准单模光纤的5倍。

少模单芯光纤，是单根石英纤芯、仅支持2~9个有限正交LP空间导模，介于单模光纤（1 模）与常规多模光纤（上百模）之间，依靠模分复用（MDM）扩容的特种光纤。

中国信科这个系统的特别之处，是对光纤径向折射率进行了特殊设计。光纤包含两组简并模和两个非简并模，通过双向传输的方式降低模式间的串扰，不需要在接收端进行复杂的MIMO算法分离，从而降低数字信号处理（DSP）复杂度。

少模单芯光纤的原理还是蛮复杂的，下次再详细介绍。简单理解，就是在单根纤芯内“开辟”多条并行光路，像高速公路增加车道一样提升容量。它考验的是掺杂工艺和模式控制能力，技术门槛很高。

以上三种新型光纤技术，都具有极高的技术难度，也代表了光纤未来的发展方向。这些技术能够显著提升光纤的传输性能，具有非常广阔的应用前景和商业潜力。

目前看来，在互联网行业和运营商的巨大热情下，空芯光纤的商业化应该最快到来。多芯光纤在一些特殊场景（如海缆和超高密度数据中心等）预计也会快速得到应用。而少模单芯光纤，距离规模应用还需要一些时间。

挖掘光纤的潜力，进一步提升光通信性能，是当前产业界与学术界的共同目标。希望未来能看到更多的技术创新和突破，引领光通信产业的持续繁荣。