前不久，珠澳合作开发横琴的年中答卷缓缓打开，其间一条跨境光纤引人瞩目，它穿越珠澳两地，完结澳门到横琴的算力互联、资源共享，筑起信息通途。上海也正在推动“光进铜退”全光纤通讯网络晋级改造项目，为经济高质量开展、居民享用更好的通讯服务保驾护航。

　　跟着互联网技能的迅速开展，用户对互联网流量的需求日益添加，怎么进步光纤通讯的容量成为亟须处理的问题。

　　光纤通讯技能自呈现以来带来了科技和社会范畴的严重革新。作为激光技能的重要运用，以光纤通讯技能为首要代表的激光信息技能搭建了现代通讯网络的结构，成为信息传递的重要组成部分。光纤通讯技能是当时互联网国际的重要承载力气，一起也是信息时代的中心技能之一。

　　跟着各种新式技能如物联网、大数据、虚拟实际、人工智能（AI）、第五代移动通讯（5G）等技能的不断涌现，对信息沟通与传递提出了更高的需求。据思科公司2019 年发布的研讨数据闪现，全球年度 IP 流量将由2017年的1.5ZB（1ZB=1021B）添加为2022年的4.8ZB，复合年添加率为26%。面临高流量的添加趋势，光纤通讯作为通讯网中最主干的部分，承受着巨大的晋级压力，高速、大容量的光纤通讯体系及网络将是光纤通讯技能的干流开展方向。

　　跟着 1958 年亚瑟肖洛与查尔斯汤斯提醒激光器作业原理之后，1960 年第一台红宝石激光器研制成功。接着，1970 年第一个能在室温下接连作业的 AlGaAs 半导体激光器研制成功，并在 1977 年完结半导体激光器在有用环境中接连作业几万小时以上。

　　至此，激光器已具有运用于商用光纤通讯的条件。在激光器创造之初，创造者已意识到其在通讯范畴的重要潜在运用。可是，激光通讯技能存在两个显着的短板问题：一是因激光波束发闭会丢失很多能量；二是受运用环境的影响较大，如在大气环境下运用时会明显受制于天气情况的改变。因而，对激光通讯而言，一个适宜的光波导至关重要。

　　诺贝尔物理学奖获得者高锟博士提出的用于通讯的光纤满意了激光通讯技能对波导的需求。他提出，玻璃光纤的瑞利散射损耗能够十分低（低于20 dB/km），而光纤中的功率损耗首要来源于玻璃材猜中的杂质对光的吸收，因而资料提纯是减小光纤损耗的要害，此外还指出单模传输对坚持好的通讯功能很重要。

　　1970 年，康宁玻璃公司依据高锟博士的提纯主张研制出了损耗约为20dB/km 的石英系多模光纤，使光纤作为通讯的传输前言成为实际。之后经过不断研制，石英系光纤的损耗迫临理论极限。至此，光纤通讯的条件已彻底满意。

　　前期的光纤通讯体系均选用直接检测的接纳方法。这是一种较简略的光纤通讯方法，PD 是一种平方律的检波器，只要光信号的强度能够被勘探到。这种直接检测的接纳方法从20世纪70年代的第一代光纤通讯技能一向连续到了20世纪90年代初期。

　　进入20世纪90年代以来，光纤通讯技能中的相干检测技能逐步成为研讨热门。经过引进相干检测技能，接纳机的灵敏度得到了极大进步。在第一代相干检测体系中首要选用外差勘探和零差勘探，其间外差检测指信号载波与本地载波的频率差值为中频，而零差勘探指信号载波与本地载波频率彻底相同、相位差固定。

　　光扩大器也是光纤通讯技能史上重要的效果之一。选用光扩大器的光纤链路，也能够到达散弹噪声极限的勘探灵敏度，一起能够去除一切的电中继，使得光纤通讯技能能够完结长间隔传输。光扩大的概念在最早的激光器专利中就有所主张，终究在1987年，该项技能被南安普敦大学和贝尔实验室初次完结。

　　自20世纪90年代以来，跟着互联网技能的迅速开展，用户对互联网流量的需求日益添加，并随之带来了对光纤通讯容量的火急需求。怎么进步光纤通讯的容量成为亟须处理的问题。

　　“信息论之父”香农给出了信道容量的极限，任何通讯体系传输信息的容量都不会超越这个极限，它与体系的带宽与信道中的信噪比相关。体系带宽越大、信噪比越高，体系的容量极限越高。

　　典型的C波段掺铒光纤扩大器（EDFA）的带宽为35nm，即约4375GHz。面临如此巨大的带宽资源，怎么充分利用它来完结大容量的光纤传输是要害。

　　由此咱们想到了波分复用（WDM）。波分复用是使不同波长的载波一起承载信号，共同在一根光纤中传输，因为各载波的波长不同，故可容易别离解调出来。此外，光纤布拉格光栅的创造也方便了波分复用。

　　添加带宽内的频谱利用率需从两方面着手：一是选用技能迫临香农极限，但频谱功率的添加对电信噪比的要求有所进步，然后削减了传输的间隔；二是充分利用相位、偏振态的信息承载才能来进行传输，这也便是第二代相干光通讯体系。

　　第二代相干光通讯体系选用光混频器进行内差检测，并选用偏振分集接纳，即在接纳端将信号光与本振光分解为偏振态互为正交的两束光，在这两个偏振方向上别离拍频，这样能够完结偏振不灵敏接纳。别的，需求指出的是，此刻接纳端的频率盯梢、载波相位康复、均衡、同步、偏振盯梢宽和复用均能够经过数字信号处理（DSP）技能来完结，这极大简化了接纳机的硬件规划，并进步了信号康复才能 。

　　经过各种技能的运用，现在学界和业界已根本到达光纤通讯体系频谱功率的极限，如要持续增大传输容量，只能经过添加体系带宽 B（线性添加容量）或添加信噪比来完结，详细讨论如下。

　　因为恰当添加光纤截面的有用面积能够下降高功率传输带来的非线性效应，因而选用少模光纤替代单模光纤进行传输是一种添加功率的处理计划。此外，当时最通用的处理非线性效应的计划是选用数字背向传输（DBP）算法，但算法功能的进步会导致运算复杂度的添加。近期，机器学习技能在非线性补偿方面的研讨闪现出了很好的运用远景，极大地下降了算法的复杂度，因而往后可经过机器学习来辅佐 DBP体系的规划。

　　添加带宽能够打破 EDFA 的频带规模的约束，除了C波段与L波段以外，可将S波段也归入运用规模，选用SOA或拉曼扩大器进行扩大。而现有光纤在 S 波段之外的频段损耗都较大，需规划新式光纤来下降传输损耗。但对其他波段而言，有商业利用价值的光扩大技能也是一个应战。

　　研讨低传输损耗光纤是该范畴最要害的问题之一。空芯光纤（HCF）具有更低传输损耗的或许，将削减光纤传输的时延，可在极大程度上消除光纤的非线. 空分复用相关技能的研讨

　　空分复用技能是完结单纤容量增大的有用计划，详细有：选用多芯光纤进行传输，成倍添加单纤的容量，在这方面最中心的问题是有无更高功率的光扩大器，不然只能等价为多根单芯光纤；选用包含线偏振形式、根据相位奇点的轨道角动量光束和根据偏振奇点的柱矢量光束等的模分复用技能，这类技能可为光束复用供给新的自由度，进步光通讯体系的容量，在光纤通讯技能中具有宽广的运用远景，但相关光扩大器的研讨同样是应战。别的，怎么平衡差分模群时延以及多输入多输出数字均衡技能等带来的体系复杂度也值得重视。

　　光纤通讯技能从开始的低速传输开展到现在的高速传输，已成为支撑信息社会的主干技能之一，并形成了一个巨大的学科与社会范畴。往后跟着社会对信息传递需求的不断添加，光纤通讯体系及网络技能将向超大容量、智能化、集成化的方向演进，在进步传输功能的一起不断下降成本，为服务民生、助力国家构建信息社会发挥重要作用。

　　与无线通讯体系比较，智能化光网络的光通讯体系及网络在网络装备、网络保护及毛病诊断方面仍处于初级阶段，智能化程度缺乏。因为单根光纤容量巨大，任一光纤毛病的产生将给经济、社会带来很大影响，因而网络参数的监测对未来智能网络的开展至关重要。往后这方面需重视的研讨方向有：根据简化相干技能与机器学习的体系参数监测体系、根据相干信号剖析和相位灵敏光时域反射的物理量监测技能。

　　器材集成的中心意图是下降成本。在光纤通讯技能中，经过不断的信号再生能够完结信号的短间隔高速传输。可是因为相位和偏振态康复的问题，现在相干体系的集成还较为困难。别的，假如大规模集成的光电光体系能够完结，也会明显进步体系容量。可是限于技能功率低、复杂度高、难以集成等要素，光通讯范畴不太或许广泛推行如全光 2R（再扩大、再整形）、3R（再扩大、再守时、再整形）等全光信号处理技能。因而，在集成技能与体系方面，往后研讨的方向有：对空分复用体系的现有研讨虽现已较丰厚，但学界、业界对空分复用体系要害器材没有完结技能打破，需进一步加强研讨，如集成激光器与调制器、二维的集成接纳机、高能效的集成光扩大器等；新式光纤或许会明显拓宽体系带宽，但仍需深入研讨以保证其综合功能与制作工艺到达现有单模光纤的水平；研讨通讯链路中可与新式光纤调配运用的各类器材。

　　在光通讯器材中，硅光器材的研制已初见成效。但现在国内相关研讨以无源器材为主，对有源器材的研讨较为单薄。在光通讯器材方面，往后的研讨方向有：有源器材与硅光器材的集成研讨；非硅光器材集成技能的研讨，如 III-V族资料衬底集成技能的研讨；新式器材研制的进一步跟进，如兼具高速与低功耗长处的集成铌酸锂光波导。