一条光纤的传输容量高达 661Tbps（附论文）

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来源：云头条

摘要：研究人员将全世界目前的光纤容量塞入到一条链路中。

社会对数据的渴求永无止境。事实上，想想这个就令人相当惊讶：平均的互联网流量是每秒几百兆兆位，耗电量约占我们发电量的8%。这一切用来传输猫咪即时拍视频，我们对新的猫咪视频的渴求显然无法满足，因此需要更多的容量和更多的电量。

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然而，在扩增容量的同时能源需求并不继续以同样的速度增长就好了。研究人员已设法将数量异常多的信息编码到单个激光器的光中，为实现这个目标迈出了坚实的一步。

扩增带宽和功率的问题归结为激光器及其低效率。好的激光器其效率约30%。典型的电信激光器可能发射20mW，因此每个激光器的功率至少是70mW（放大器的能耗更多）。为了将更多的数据塞入到一条光纤中，数据被分配到不同颜色的光，这就叫波分复用（WDM）。遗憾的是，每种颜色都需要自己的激光器，这意味着能量成本随带宽而增加。

颜色众多的激光器

研究人员从所有光通信系统开始的同一个地方入手：使用激光器。但是这种激光器不是发出很纯的颜色，而是发出光脉冲。将许多很纯的颜色叠加在一起，就能生成这些脉冲，颜色由大小均匀的频隙分开来。

激光器本身并不生成好多这些颜色，因此研究人员使用一种技巧生成更多的颜色。光通过一根细细的导线（直径约300纳米）传输。直径很小，于是光被压缩，变得很亮。高强度使得组成导线的材料通过生成新颜色作出反应。诀窍在于，这些新颜色遵循激光器脉冲设置的间距。因此，从导线出来的光脉冲由成千上万种很纯的颜色组成。

这意味着单单一个激光器可以生成整个系统所需的全部80种颜色，这很棒。然而，研究人员还没有完成全部工作。

塞入数据

激光器发射的光分成两个偏振（偏振是指电场振荡时的方向），所以每种颜色贡献两个信道。然后，由于激光器是脉冲的，可以将信息放入到四个不同的时隙中，这就叫时分复用（TDM）。因此，每种颜色的原始数据速率约320Gbps。不过有80种颜色，这相当于25Tbps。

研究人员依然没有停下脚步。

传输信号的光纤由30个导光芯组成，这些导光芯外面裹以一个包层。这意味着每个芯都能够以25Tbps的速率传输数据，从而使总容量达到768Tbps。然而这是原始数据速率。数据传输时始终会有一些冗余，以便纠正错误，这就叫前向纠错。一旦考虑到冗余，最终的数据传输速率为661Tbps。

无论按哪个标准来衡量，这都是令人难以置信的数据量。

至于功率节省方面多显著，我其实心里没谱。每路数据流仍需要独立的调制对数据进行编码，因此这方面无法节省功率。然而，激光器本身发射的功率小于90mW，这大约是每种颜色独立发射时所耗用的光功率的5%。假设激光器有同样的效率――这是一大假设，那么功率节省也就意味着电能节省。

可以想象，这有望在数据中心等环境大大节省能源。但是对于长距离连接而言，我怀疑主要的能源成本在放大器方面。话虽如此，无论你怎么看待，这都是了不起的技术成就。

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