光纖容量接近極限，日本領跑新一代研發(fā)

可以說，光纖是支撐現代社會的“幕后英雄”。

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編者按：本文來自微信公眾號“日經中文網”（ID:rijingzhongwenwang），作者：日經中文網，36氪經授權發(fā)布。

隨著高速通信標準“5G”的登場和遠程辦公的普及，全球的通信量持續(xù)增長，2020年代之內光纖（optical fiber）通信網陷入容量不足的風險已經出現。此前通過改進現有光纖或增加纜線數量加以應對，但已接近本身性能和設置空間的極限。因此，不僅是通信標準，推進光纖本身通信量飛躍式增加的研究也成為當務之急。

日本“情報通信研究機構”（NICT，日本總務省的下屬機構，日語的“情報”是“信息”之意）的光子網絡(photonic network)系統(tǒng)研究室長古川英昭指出“如果通信量持續(xù)增加，2020年代內將超過現行光纖的極限”，對相關狀況敲響了警鐘。據日本總務省統(tǒng)計，日本國內的通信量在10年里增至10倍以上。

原因是使用智能手機和個人電腦的機會的增加。隨著這些終端產品的性能提高，視頻也成為人們相互傳送的對象。傳送信息時，攜帶信息的數字信號將轉變?yōu)楣庑盘?，通過光纖線纜傳輸。光纖以海底光纜的形式遍布全世界，成為與世界交流的不可或缺的存在。可以說，光纖是支撐現代社會的“幕后英雄”。

現在的光纖(左)的光信號通道為1條，但新一代光纖(右)將為多條（圖由日本情報通信研究機構提供）

此前通過增加每根光纖的傳輸容量來應對通信量的增加。2005年的傳輸容量為每根每秒1萬億比特，但現在已達到十數萬億比特。

不過，現行的光纖只能將傳輸容量提高至100萬億比特。如果傳輸更多的信息，用于通信的激光將過強，存在光纖熔化的風險。如果威脅變?yōu)楝F實，通信將停滯，將對業(yè)務高效化和勞動方式改革造成影響。

日本“電子情報技術產業(yè)協(xié)會”的預測顯示，全球通信量預計在截至2030年的10年里增至15倍，今后將持續(xù)增加。為了解決這一問題，日本國內外的光纖企業(yè)推進開發(fā)的是稱為“Multi core（多核）”的新一代光纖。

此前的光纖只有一條被稱為“Core（纖芯）”的光信號通道，但多核光纖將具有3～4根纖芯。就像隨著道路的車道數增加、能行駛的車輛數也將增加一樣，如果光信號的通道變多，傳輸容量也將增至數倍。

另外，要準確傳輸光信號，有必要避免其他信號的干擾，但一根光纖的直徑只有0.125毫米，跟頭發(fā)的粗細差不多。因此，纖芯之間的間隔只有0.05毫米左右，與從相鄰纖芯泄露的光信號產生干擾成為此前的課題。

解決方法之一是在纖芯周圍增加作為材料的低折射率玻璃層，避免向周圍泄露。通過在玻璃里加入氟，僅降低周邊部位的折射率，讓光信號留在纖芯。

日本情報通信研究機構于3月實施了采用具有4根纖芯的光纖的傳輸試驗，成功實現每秒610萬億比特的傳輸。在現在同等粗細的光纖的傳輸容量方面，創(chuàng)下了世界記錄。這樣的話，即使纖芯為多個，光纖的粗細也不會改變。

多核光纖可以和現有的光纖并用，因此被認為將逐步加以取代。

日本住友電氣工業(yè)2019年在世界范圍內首次在意大利鋪設了多核光纖，日本情報通信研究機構對相關性能給予積極評價。按日本“電子情報通信學會”的設想，自2025年前后起，具有4根纖芯的光纖將開始在10公里以下的短距離通信網使用。預計自2030年前后應用于海底光纜。

要進一步提高每根光纖的性能，還具有開發(fā)使纖芯加粗、讓光信號在1根纖芯中穿過多個通道的“Multimode（多模）”光纖這一途經。與多核結合的實用化被認為將等到2030年代后半期。

在新一代光纖領域，日本企業(yè)的研究開發(fā)走在前頭。負責專利相關事務的日本特許廳2018年發(fā)布的報告顯示，在光纖的多核領域，在世界上已申請的專利件數的前4家企業(yè)為藤倉、住友電工、NTT和古河電氣工業(yè)，被日本企業(yè)獨占。在多模領域，第2～4位也由NTT、住友電工和藤倉等日企壟斷。藤倉計劃在2020年代中期之前實現多核光纖的商用化。

當然，日本以外的企業(yè)也在推進新一代光纖的開發(fā)。美國特殊玻璃廠商康寧(corning)在多模光纖專利件數上居第1位，在多核領域也成功實現大容量傳輸。意大利的普睿司曼集團(prysmian Group)也具有新一代光纖的研究成績。與智能手機和基站等同樣，光纖的全球競爭也可能日趨激烈。

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