光学专栏丨标准光纤实现带宽世界记录，超过全球互联网总流量
光子盒研究院出品
日本国家信息与通信技术研究院（NICT）网络研究所的一个研究小组在一根标准直径的光纤上实现了一个新的带宽世界纪录——1.53 Pbit/s。这意味着全球互联网流量都可以装入其中。
半个月前，光子盒曾报道了一个类似的进展：仅用单个激光器和单个光学芯片实现了1.84 Pbit/s的带宽，这比NICT实现的数值要高，但它的问题是，采用了仍处于实验设计阶段的光子芯片；因此，NICT的这项研究可能会更快地被部署。
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多路复用技术：实现1.53 Pbit/s的创纪录带宽
研究人员通过在55个不同的光频率上对信息进行编码（一种被称为多路复用的技术），实现了大约1.53 Pbit/s的带宽。这足以通过一根光缆承载整个世界的互联网流量（估计不到1 Pbit/s）的带宽：比我们普通人所拥有的Gbit连接（在最好的情况下）效果要高出一百万倍。
该技术通过利用整个光谱中不同频率的光来工作。由于光谱中的每一种“颜色”（可见光和不可见光）都有自己的频率：与其他所有的频率不同，它可以携带自己的独立信息流。研究人员设法解锁了332 bits/s/Hz（每赫兹每秒比特）的光谱效率；这比他们之前在2019年的最佳尝试高出三倍：后者实现的光谱效率为105 bits/s/Hz。
目前的成果与NICT过去的成果的比较
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实验设定：在184个不同的波长上传输C波段信息
研究人员设法在整个184个不同的波长上传输C波段的信息：这些独立的、不重叠的频率被用来在光缆内同时传输信息。在通过光缆发送之前，光被调制以传输55个独立的数据流（模式）。调制后（和目前部署的大多数光缆一样），它需要一个玻璃芯来传输所有的数据。当数据被发送时（跨越184个波长和55个模式），接收器对不同的波长和模式进行解码以收集它们的数据。在实验中，发送方和接收方之间的距离被设定为25.9公里。
新开发的传输系统原理图。①光梳源：在一个光梳源中产生184个载波。②信号调制。载波用16个QAM信号进行调制，并进行偏振复用。③平行信号生成。每种模式的信号都是分叉的，并应用路径延迟来模拟独立的数据流。④模式复用器。每个信号被转化为不同的空间模式，并被发射到55模光纤中。⑤55模式的光纤。信号在一条25.9公里长的55模光纤中传播。⑥模式解复用器。在接收端每个空间模式的信号被分离并转化为基本模式。⑦高速并行接收机。模式解复用的信号通过滤波器进行波长解复用，并通过并行相干接收机转换为电信号。⑧离线信号处理。MIMO处理，消除光纤传播过程中的信号干扰。
左：55模光纤的横截面和多模传播的概念图；右：标准单模光纤
实验结果显示，尽管在C波段的长波长端（1,565纳米附近）数据率略有下降，但在其他波长区域获得了几乎均匀和稳定的数据率，在错误校正后，总共实现了1.53 Pbit/s。
03
有望部署：将进一步探索长距离传输能力
半个月前，光子盒曾报道了一个类似的进展：仅用单个激光器和单个光学芯片实现了1.84 Pbit/s的带宽，这比NICT实现的数值要高，但它的问题是，采用了仍处于实验设计阶段的光子芯片；因此，NICT的这项研究可能会更快地被部署（它只需要慢慢地将光纤基础设施升级到适配它的设计）。
日本学者也表示[2]，“在未来，我们将通过扩大频段来探索进一步的传输能力，以及长距离传输和网络部署所需的基础技术。”
参考链接：
[1]https://www.tomshardware.com/news/standard-fiber-optic-tech-achieves-record-153-petabit-per-second-transmissions
[2]https://www.nict.go.jp/en/press/2022/11/10-1.html#kiji8
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