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Q

什么是多芯少模光纖？

A

多芯少模光纖（Multi-core Few-mode Fiber，MC-FMF）是一種特殊的光纖類型，它結(jié)合了少模光纖（Few-mode Fiber，F(xiàn)MF）和多芯光纖（Multi-core Fiber，MCF）的特性，可以在同一光纖中同時實現(xiàn)模分復用和纖芯空分復用，有望成為新一代光纖通信系統(tǒng)中的核心傳輸媒介，是未來光通訊技術發(fā)展的主要研究方向之一。

Q

為什么需要多芯少模光纖

A

隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術的快速發(fā)展，全球數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)爆炸性增長。傳統(tǒng)的單模光纖雖然已經(jīng)非常成熟，但其容量已逐漸接近其物理極限。為了滿足日益增長的通信需求，需要探索新的解決方案來提高光纖通信系統(tǒng)的容量。

在各種突破單模光纖理論極限的新型傳輸技術中，多芯少模技術有望從根本上避開單芯光纖的容量瓶頸，是未來光纖通信的主要演進方向之一，預計未來最先可能在超大容量數(shù)據(jù)中心短距互連場景中找到落地點。

Q

多芯少模光纖的相關概念

A

介紹纖芯和模式的概念。

1. 纖芯

   纖芯是光纖最核心的組成部分，它是高折射率的玻璃芯，負責光信號的傳輸。此外，光纖中間為低折射率硅玻璃包層，最外是加強用的樹脂涂層。

2. 模式

   在光纖通信領域，“模式”用于描述光信號在纖芯內(nèi)的傳播方式，即模式是光的傳播路徑。

   光纖模式的產(chǎn)生和傳遞是基于光纖的全反射特性，射入光纖的光線被芯層和包層之間的折射率差引導，在光纖中反復反射。如果纖芯直徑足夠小，光線只能沿著中心軸線傳播（基模），如果纖芯直徑較大，光纖則可以沿著不同的路徑傳播（多模），每個模式都有不同的光程和光程差。

   因此，單模光纖中，光沿著一條路徑傳播；而在多模光纖中，光在多條路徑中傳播。

Q

各類光纖類型優(yōu)缺點

A

這里主要介紹單模光纖、多模光纖、少模光纖、多芯光纖、多芯少模光纖。

1. 單模光纖（Single-mode Fiber，SMF）

   一種在給定的工作波長上只傳輸單一基模的光纖，芯徑較小，通常在8-10微米之間。

   相比多模光纖，色散較小、衰減低、抗干擾能力強，廣泛應用于大容量長距離傳輸，如骨干、城域、數(shù)據(jù)中心互聯(lián)等。

2. 多模光纖（Multi-mode Fiber，MMF）

   一種允許光信號以多個模式進行傳輸?shù)墓饫w，芯徑較大，通常在50-100微米之間。

   相比單模光纖，色散更為明顯，傳輸距離較短（一般不超過2公里），信號傳輸速度也較慢（一般在Gbps級別），主要應用于短距數(shù)據(jù)傳輸，如辦公室局域網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心等。

3. 少模光纖（Few-mode Fiber, FMF）

   一種纖芯面積足夠大、足以利用幾個獨立的空間模式傳輸并行數(shù)據(jù)流的光纖。

   相比于多模光纖，少模光纖的模式串擾和色散程度要明顯降低，其各個模式均可以作為一個有效的信號通道進行信號傳輸，大大提高系統(tǒng)容量，解決未來單模光纖的帶寬危機。

   其缺點是隨著傳輸模式數(shù)的增加，傳輸模式的復用和解復用會變得十分復雜，也因其較大的模場直徑，導致傳輸距離受到限制。

4. 多芯光纖（Multi-core Fiber，MCF）

   一種在單一光纖包層內(nèi)包含多個獨立纖芯的光纖。每個芯都是單模，可以同時傳輸多個獨立的光信號，適用于構(gòu)建高容量、高速率的傳輸網(wǎng)絡。

   相比單模光纖，其缺點是因纖芯間距較近，纖芯間信號可能相互干擾。

   此外，由于纖芯數(shù)量的增加，光纖的包層厚度可能會相對降低，這導致光纖的限制損耗和彎曲損耗增加，進一步影響信號的傳輸距離和質(zhì)量。如如何降低不同纖芯之間的串擾、如何提高光纖的彎曲性能等，這些技術挑戰(zhàn)都有待持續(xù)的研究和克服。

5. 多芯少模光纖（Multi-core Few-mode Fiber，MC-FMF）

   多芯少模光纖克服了FMF和MCF的局限性，將FMF的模分復用和MCF的空分復用相結(jié)合，在一個光纖包層里放置多根纖芯，每根纖芯可以同時傳輸多個模式，將單光纖容量提升20~100倍，實現(xiàn)Pbit級單纖超大容量，同時降低敷設光纜的次數(shù)和費用。

   因此，MC-FMF具備構(gòu)建超大容量、超高頻譜效率和靈活擴展光網(wǎng)絡等特點，是后續(xù)光纖傳輸系統(tǒng)重要技術研究方案之一。

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多芯少模光纖有哪些應用場景

A

多芯少模光纖的應用場景主要集中在對傳輸容量和效率要求較高的領域，包括高速數(shù)據(jù)傳輸、大容量通信、數(shù)據(jù)中心互聯(lián)等，可以提高光纖帶寬和傳輸速度，滿足高清視頻、大數(shù)據(jù)和云計算應用需求。

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多芯少模光纖業(yè)界應用進展

A

近年來，基于多芯少模光纖的超大容量光通信技術被廣泛關注，全球各國都在積極開展多芯少模技術研究。

國際方面：

• 2023年，日本在世界光通信大會(OFC)上報道了基于38芯3模的多芯少模光纖實驗，實現(xiàn)了22.9Pbps光傳輸系統(tǒng)。

國內(nèi)方面：

• 2023年，中國信息通信科技集團實現(xiàn)了總傳輸容量4.1Pbps、凈傳輸容量3.61Pbps的單模19芯光纖傳輸系統(tǒng)實驗。

• 2023年，中興通訊聯(lián)合運營商完成采用弱耦合纖芯結(jié)構(gòu)的少模光纖實驗室測試。

• 2024年，中興通訊攜手山東移動完成基于現(xiàn)網(wǎng)多芯光纖的C+L波段超400G OTN傳輸系統(tǒng)驗證。該驗證為全球首次四芯和七芯光纖同纜現(xiàn)網(wǎng)驗證，實現(xiàn)了單纖最大448T傳輸帶寬，證明了單波400G/800G速率在多芯光纖中傳輸?shù)目尚行浴?/p>

盡管國內(nèi)外針對空分復用光通信的研究如火如荼，但由于多芯少模光纖的標準化尚不明確，現(xiàn)場示范和工程驗證不足，該技術仍有諸多問題待解決，距離商用部署還有較長的路要走。