高速通過光纖的光可以運(yùn)載大量數(shù)據(jù)，但隨著距離加大，錯誤也會悄然而入。
美科學(xué)家研究出化解光纖傳播壁壘新技術(shù)
電話、視頻、社交媒體等正在導(dǎo)致信息高速公路發(fā)生嚴(yán)重?fù)矶?。?000年起，像頭發(fā)絲一般細(xì)的全球光纖上運(yùn)載的數(shù)據(jù)每年正在以約60%的速度遞增。照此速率，今天的光纖網(wǎng)絡(luò)在兩三年內(nèi)就會達(dá)到最大負(fù)荷，把互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變成虛擬版的洛杉磯交通堵塞。“互聯(lián)網(wǎng)傳輸困境確實存在，而且是個大問題。”美國新澤西州茉莉山丘阿爾卡特朗訊集團(tuán)研發(fā)部門貝爾實驗室光傳播研究帶頭人Peter Winzer說。
一項新的研究會把光纖通道面臨的困境向后推遲數(shù)年：近日，加州大學(xué)圣迭戈分校的研究人員在發(fā)表于《科學(xué)》的一篇研究成果中，報告了一種通過光纖電纜傳輸數(shù)字化信息的新模式，該模式可以把光纖的傳輸能力提高2~4倍。
Winzer稱：“該研究是在科學(xué)理念上的一種突破。”加州山景城谷歌公司光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)師Vijay Vusirikala也如此認(rèn)為，他表示：“讓我們增加光纖容量的任何技術(shù)都非常關(guān)鍵。”
光纖最早在上世紀(jì)80年代被采用，因為它們顯示出可增加互聯(lián)網(wǎng)傳輸能力的顯著潛力。在此之前，數(shù)據(jù)主要作為模擬信號通過銅電纜進(jìn)行傳播。光導(dǎo)纖維——以光調(diào)頻脈沖的方式傳輸數(shù)據(jù)——具有遠(yuǎn)大于銅電纜的傳播能力或帶寬。這是因為有著不同波長或顏色的光脈沖可以獨立地沿著同樣的纖維傳播，而且相對可以產(chǎn)生較少的串音或干擾。而且，它同時還可以讓工程師通過一條光纖傳播100個或更多的獨立信息流。
這些信息流是通過基于芯片的激光產(chǎn)生的，激光可以把來自電子設(shè)備的電脈沖轉(zhuǎn)化成光，并打開或關(guān)閉每個波長，產(chǎn)生一種快速閃爍?，F(xiàn)在，工程師還模擬了脈沖的形狀、階段、極化及其在光纖中的物理空間。在光纖信息公路的盡頭，檢測器會把光脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮?。在現(xiàn)代激光通信和檢測器的幫助下，今天的單根光纖可同時承載100~200個光信號，整體運(yùn)載能力達(dá)到每秒20萬億比特。
這些信號可以在傳播相當(dāng)遠(yuǎn)距離的同時不被減弱。但是如果傳輸距離達(dá)到數(shù)萬公里以上，比如從紐約到洛杉磯的距離，就會悄然發(fā)生光學(xué)變形，導(dǎo)致誤差累積降低傳輸數(shù)據(jù)的質(zhì)量。這是由于在不同波長時多重信號的干擾。當(dāng)一個信號沿著光纖傳播時，其電磁波會導(dǎo)致玻璃中的電子被攪亂，這種轉(zhuǎn)變會影響其他光波的傳播。其結(jié)果是，兩個最初的光波會發(fā)生合并，在單獨的波長處形成第三種光波。這種影響作用及其微弱，但是它會隨著距離加大逐漸積累——在攜帶很多光的纖維中尤其如此。“隨著通道的增多和距離的加大，問題會越來越大。”該研究作者之一、加州大學(xué)圣迭戈分校電子工程學(xué)家和光物理學(xué)家Stojan Radic說。
Radic和同事一開始希望通過讓激光更加穩(wěn)定來解決這一問題，但是他們的研究卻沒什么進(jìn)展。因此，他們采取了一種不同的策略：保證激光變化是可預(yù)測的，而不是隨機(jī)的?，F(xiàn)代通信設(shè)備通常會采用若干種激光制作出所有不同波長并傳向光纖。與此不同，Radic的研究團(tuán)隊采用了一種叫作頻率梳的設(shè)備，把來自單個激光、單個波長的光轉(zhuǎn)變成一定范圍內(nèi)不同波長的脈沖。然后，每個波長會被調(diào)整，并傳播一種光信號。
其關(guān)鍵是，當(dāng)主激光信號從其原始波長發(fā)生轉(zhuǎn)變時，每個子脈沖會通過同樣確切的數(shù)量步伐一致地發(fā)生轉(zhuǎn)變。這可以讓其直接發(fā)現(xiàn)光畸變，并扣除這些畸變。Radic表示，這樣一來，該技術(shù)可以讓光纖攜帶兩倍的數(shù)據(jù)，或是在信號需要被還原之前使其傳輸?shù)木嚯x相當(dāng)于現(xiàn)在的兩倍。他補(bǔ)充說，他的研究團(tuán)隊已經(jīng)有了明確的方法，可以讓光纖傳播的信息量或傳播距離再加一倍。
“這是非常重要的一步。”Winzer在評價這項研究時說。然而，他補(bǔ)充說：“該技術(shù)的實用性仍待進(jìn)一步觀察。”他強(qiáng)調(diào)說，實施這項技術(shù)的一個前提是，需要不同于當(dāng)前使用的數(shù)據(jù)編碼和信號處理的全新芯片。
即便這項技術(shù)可以讓現(xiàn)有光纖的信息傳播能力增長數(shù)倍，最終仍然不是鋪設(shè)更多信息高速公路的其他替代性方案，Winzer和其他研究人員表示。那些新光纜需要包含前沿技術(shù)，如具有遠(yuǎn)高于當(dāng)前使用的地下光纖的帶寬的“多模式”纖維。然而，鋪設(shè)新光纖的成本將極其高昂，因此也是最后的一種選擇。
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