從銅纜切換到光纖可實現(xiàn)系統(tǒng)覆蓋范圍的巨大飛躍

多年來，長途電信線路利用光纜的到達優(yōu)勢。所需的電光轉(zhuǎn)換過程的成本和功耗已成為行業(yè)范圍內(nèi)采用外部尤其是內(nèi)部光纖互連的主要障礙。硅光子學(xué)的進步和光纖的性能特性正在改變這個方程式。

在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）通過一系列OM 1-5指定的標(biāo)準(zhǔn)化光纜的性能。

光纖在帶寬、堅固性、降低衰減、易于端接、減小光纖直徑和成本方面經(jīng)歷了不斷改進的過程。早期的光纜極易受到信號減弱以及由于粗暴處理或急彎而導(dǎo)致的損壞。新的“彎曲不敏感”單模和多模電纜允許減少彎曲半徑限制而不會出現(xiàn)故障。

Axon' Cable提供混合電纜和多芯解決方案，其絕緣材料可耐受工業(yè)、軍事和太空等高要求環(huán)境。

用于形成光導(dǎo)體的玻璃不斷優(yōu)化，從而降低了散射損耗、色散、偏振模色散和微彎衰減。當(dāng)前一代的光纜在 1550 m 處的衰減僅為 0.15 dB/km。

校園和城域數(shù)據(jù)中心的激增是一個新興趨勢。長達 100 公里的超高容量光通信鏈路對于網(wǎng)絡(luò)作為一個大型系統(tǒng)發(fā)揮作用至關(guān)重要。增加具有成本效益的光鏈路的容量已成為支持網(wǎng)絡(luò)流量指數(shù)增長的要求。

一種解決方案是使用多芯光纖。多芯光纖允許在同一包層直徑內(nèi)沿不同的芯線同時傳輸不同的信號，從而提高單根光纖上的數(shù)據(jù)傳輸密度。

先進的、極高的光纖密度電纜也正在進入市場以支持不斷增長的流量。Furukawa 最近在兩個北美數(shù)據(jù)中心園區(qū)之間的 1.25 英寸直徑導(dǎo)管內(nèi)安裝了 6,912 芯光纜。光纜外徑僅為35mm。

空心光纖是另一種引起人們興趣的變體。光不是穿過玻璃或塑料，而是在空氣的中央核心中傳輸。生產(chǎn)制造的改進降低了損耗和延遲特性，使空心光纖在需要以極短脈沖或最小延遲傳輸光或數(shù)據(jù)的應(yīng)用中具有吸引力。

光纖可用于標(biāo)準(zhǔn)和定制的平面組件。多根光纖粘合到柔性基板上以形成混洗或光學(xué)背板。

工程師可以通過鋪設(shè)更多光纖（成本高）或?qū)ふ沂宫F(xiàn)有光纖基礎(chǔ)設(shè)施更高效的方法來滿足不斷增長的網(wǎng)絡(luò)容量需求。

并行光學(xué)提供了傳統(tǒng)單光纖或雙光纖的替代方案。

一端的發(fā)射器與另一端的接收器通信，通過多根光纖傳播單個數(shù)據(jù)流。通過這種配置，并行光學(xué)鏈路可以使用四個 2.5 Gb/s 發(fā)射器來發(fā)送一個 10 Gb/s 信號。

不是使用單一顏色的光，而是可以使用稍微不同顏色的光通過同一根光纖同時發(fā)送多個數(shù)據(jù)流。

發(fā)送端的多路復(fù)用器使用不同頻率的光對多個數(shù)據(jù)流進行編碼，這些數(shù)據(jù)流嵌入到一個光束中并耦合到單根光纖中。相反的過程發(fā)生在通道的接收端。雙向光信號可以通過一根光纖傳輸。與密集波分復(fù)用，多達80個數(shù)據(jù)信道可以被復(fù)用成一個單一的光纖。

先進的調(diào)制技術(shù)使設(shè)計人員能夠進一步改進光傳輸鏈路。正交幅度調(diào)制 (QAM) 結(jié)合了多級幅度和相位變化，以增加光數(shù)據(jù)通信鏈路的容量。

使用幅度、相位和偏振的組合，相干技術(shù)是優(yōu)化光數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖顝姶蠛妥钣行У恼{(diào)制。相干傳輸將四個級別的幅度調(diào)制和相位調(diào)制與光的垂直和水平偏振相結(jié)合，以最大限度地提高單根光纖的數(shù)據(jù)容量。使用該技術(shù)的下一代 800 Gb 鏈路已經(jīng)進入市場。

這些技術(shù)中的每一項都將光纖的容量推向了更高的水平。業(yè)界現(xiàn)在面臨著接近單一通信渠道理論極限的前景。香農(nóng)極限可追溯到 1948 年，它是計算出的無差錯數(shù)據(jù)的最大速率，這些數(shù)據(jù)可以通過任何類型的通信信道傳輸，這些信道會因噪聲而發(fā)生傳輸錯誤。直到幾年前，考慮到現(xiàn)有光通道的容量，這還不是特別值得關(guān)注的問題。然而，新一代的硬件和調(diào)制技術(shù)已經(jīng)將香農(nóng)極限放在了視線之內(nèi)。

對高速數(shù)據(jù)鏈路的需求受到多種趨勢的推動，包括超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的增長、將計算資源轉(zhuǎn)移到邊緣、5G 的持續(xù)采用以及光纖到戶的擴展。光纖性能的進步和先進的調(diào)制技術(shù)，加上改進的高密度多光纖連接器，為高速計算和通信的未來提供了路線圖。