新的光纜、先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)和升級(jí)版高密度多光纖連接器意味著我們可能比以往任何時(shí)候都更接近香農(nóng)極限(Shannon Limit)。

在高速數(shù)據(jù)傳輸上，科研人員繼續(xù)尋找覆銅PCB和電纜上減少信號(hào)衰減、失真和對(duì)外部干擾靈敏度敏感性的方法。長(zhǎng)期來看光纖將取代銅纜，先進(jìn)信號(hào)調(diào)節(jié)、多級(jí)調(diào)制和糾錯(cuò)技術(shù)使工程師能夠設(shè)計(jì)在雙軸銅電纜運(yùn)行112Gb/s，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了幾年前的預(yù)期。

每一種技術(shù)都有其局限性，高速銅通道可能正在接近物理定律所規(guī)定的極限。隨著帶寬需求增加，衰減減少了信道的有效長(zhǎng)度。除了極低的衰減，光纖鏈路提供了更高的帶寬容量，使光纖成為一個(gè)有吸引力的替代方案。

從銅纜切換到光纖使系統(tǒng)范圍發(fā)生巨大飛躍

長(zhǎng)距離通信線路多年來一直利用光纖的優(yōu)勢(shì)。所需的光電轉(zhuǎn)換過程的成本和功耗，特別是內(nèi)部光纖互連等是主要問題。硅光子學(xué)的研究進(jìn)展和光纖特性正在改變這一狀況。

光纖的基本結(jié)構(gòu)

光纖通常分為多模和單模。多模光纖可以使用低成本LED光源傳輸多種模式的光。單模光纖通常需要使用調(diào)制激光器，但其特點(diǎn)是大大增加了覆蓋范圍和帶寬。低成本的塑料光纖正被應(yīng)用于相對(duì)較短、低數(shù)據(jù)率的應(yīng)用中。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)通過一系列OM 1-5名稱對(duì)光纜的性能進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。

光纖在帶寬、強(qiáng)度、減少衰減、易于安裝、減少成本方面都經(jīng)歷了一個(gè)不斷改進(jìn)的過程。早期的光纜非常容易發(fā)生信號(hào)衰減，以及由于粗糙或急彎而斷裂。新的單模和多模光纖擴(kuò)大了彎曲半徑范圍。

Axon電纜提供混合電纜和多芯解決方案

用于形成光導(dǎo)體的玻璃繼續(xù)得到優(yōu)化，從而減少了散射損失、色散、偏振模式色散和微彎曲衰減。目前生產(chǎn)的光纜1550m長(zhǎng)度衰減僅為0.15dB/km。

園區(qū)和地鐵數(shù)據(jù)中心的激增是一種新興趨勢(shì)。高達(dá)100公里的高容量光通信鏈路已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)大型系統(tǒng)運(yùn)行至關(guān)重要的條件。提高成本效益的光鏈路容量是支持網(wǎng)絡(luò)流量指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的必要條件。

一種解決方案是使用多芯光纖。多芯光纖允許同一光纖內(nèi)沿不同芯同時(shí)傳輸不同的信號(hào)，從而增加單個(gè)光纖上的數(shù)據(jù)傳輸密度。

先進(jìn)的、極高光纖密度光纜正在進(jìn)入市場(chǎng)，支持不斷增加的流量。Furukawa最近在兩個(gè)北美數(shù)據(jù)中心之間一條直徑為1.25英寸的管道內(nèi)安裝了6912根光纖。

空心芯光纖是另一種正在引起人們感興趣的變體。光不是通過玻璃或塑料傳輸，而是通過空氣中心核傳輸。生產(chǎn)制造的改進(jìn)減少了損耗和延遲特性，使中空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。

AirBorn的RAOC有源光纖適用于惡劣的[敏感詞]和商業(yè)航空航天環(huán)境。

有源光纜(AOCs)因其擴(kuò)展傳統(tǒng)銅電纜組件的能力而變得非常受歡迎。利用標(biāo)準(zhǔn)的銅接口，信號(hào)被轉(zhuǎn)換為連接器應(yīng)變緩解內(nèi)的光脈沖，并耦合到光纖。相反的過程發(fā)生在接收端。從安裝人員的角度來看，光纜達(dá)到范圍增加，光纜體積減少。

堅(jiān)固光纖特點(diǎn)是內(nèi)部強(qiáng)度和堅(jiān)固外部夾套，可以應(yīng)用在惡劣[敏感詞]、航空電子和工業(yè)領(lǐng)域。

光纖的包裝選擇繼續(xù)擴(kuò)大，包括平帶配置，簡(jiǎn)化布線和減少對(duì)冷卻氣流的阻力。高密度、多光纖MPO和MXC連接器可終止多達(dá)72根光纖。

光纖可做成標(biāo)準(zhǔn)和定制的平面組件。多根纖維被粘接在一個(gè)柔性基板上，形成光學(xué)背板。

工程師可以通過鋪設(shè)更多的光纖使現(xiàn)有光纖基礎(chǔ)設(shè)施更高效來滿足日益增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)容量需求。

并行光學(xué)提供了一種替代傳統(tǒng)的單光纖或?qū)饫w的方案。

光纖網(wǎng)絡(luò)

一端的發(fā)射器與另一端的接收器通信，在多個(gè)光纖上傳播單個(gè)數(shù)據(jù)流。通過這種配置，一個(gè)并行光學(xué)鏈路可以使用4個(gè)2.5Gb/s的發(fā)射機(jī)來發(fā)送一個(gè)10Gb/s的信號(hào)。

通過使用略微不同顏色的光，可以通過同一光纖同時(shí)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)流，而不是使用單一顏色的光。

WDM光纖方案

發(fā)射側(cè)的多路復(fù)用器編碼具有不同頻率的多個(gè)數(shù)據(jù)流，這些數(shù)據(jù)流嵌入一個(gè)光束并耦合到單個(gè)光纖中。相反的過程發(fā)生在信道的接收端。雙向光信號(hào)可以通過一根光纖進(jìn)行傳輸。通過密集的波長(zhǎng)劃分多路復(fù)用，多達(dá)80個(gè)數(shù)據(jù)信道可以多路復(fù)用成一根光纖。

先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)使設(shè)計(jì)者能夠進(jìn)一步改進(jìn)光傳輸鏈路。正交振幅調(diào)制(QAM)結(jié)合了多個(gè)層次的振幅和相位變化，增加光數(shù)據(jù)通信鏈路的容量。

利用振幅、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)腫敏感詞]魯棒性和最有效的調(diào)制方式。相干傳輸結(jié)合了四種水平的幅度調(diào)制和相位調(diào)制和垂直和水平的光偏振，最大限度地提高單個(gè)光纖的數(shù)據(jù)容量。使用這種技術(shù)的下一代800Gb鏈路已經(jīng)進(jìn)入了市場(chǎng)。

這些技術(shù)都將光纖的能力推到了更高水平。行業(yè)目前正面臨著接近單一通信信道的理論極限。香農(nóng)極限可以追溯到1948年，是計(jì)算出的最大無錯(cuò)誤數(shù)據(jù)率。直到幾年前，考慮到現(xiàn)有光通道的容量，才沒有特別值得關(guān)注。

對(duì)高速數(shù)據(jù)鏈路的需求正受到多種趨勢(shì)的驅(qū)動(dòng)，包括超大型數(shù)據(jù)中心的增長(zhǎng)，將計(jì)算資源移動(dòng)到邊緣，5G的持續(xù)采用，以及將光纖擴(kuò)展到家庭。光纖性能的進(jìn)步和先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)，加上改進(jìn)的高密度多光纖連接器，為未來的高速計(jì)算和通信提供了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的路線圖。