極速光纖通信如何改變未來生活？

        近日，有兩則關于光通信技術的報道引起了大家的關注：德國研究人員在光纖線路中實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸速率達到每秒26太比特（Tbit）；另一則是美國華裔科學家使用納米材料石墨烯研制出了新型光調制器，有望使光通信速度提高1萬倍。在互聯(lián)網(wǎng)日益普及的今天，人們期待著更加快速的信息傳輸技術，當我們通過新聞了解到傳輸速率達到每秒26太比特時不禁會問，這樣高的傳輸速率何時才能走進千家萬戶？網(wǎng)絡傳輸還會提速嗎？

　　量級已很難再突破

　　遼寧日報：我們先從新聞談起。這兩則新聞是否可以看做是光通信的技術發(fā)展？報道說德國的研究人員在光纖通信線路中使單束激光的數(shù)據(jù)傳輸速率達到每秒26太比特 （Tbit）“每秒26太比特”是什么概念？和目前的通信傳輸差多少倍？

　　羅毅：通信專家們發(fā)展光通信技術，首先就是因為光纖通信具有非常大的帶寬資源。而提高傳輸速度，在整個光通信系統(tǒng)中就是提高整個帶寬，這是光通信的根本優(yōu)勢和發(fā)展要求。相信大家都對“GB”這個單位不陌生，比如一個硬盤幾百GB容量。這個大寫的B是字節(jié)，一個字節(jié)包含8個比特（bit），我們現(xiàn)在到家庭的寬帶（ADSL）一般是2-4Mb/s，但如果是光纖就可以到每秒Gbit級。每秒鐘26太比特（Tb）相當于每秒26000Gbit，是非常高的傳輸速率了。

　　遼寧日報：那說明速度是非常快了，1秒可傳幾百張DVD光盤容量的數(shù)據(jù)。那么他們大致采用何種方法到達這個速率？

　　羅毅：他們在光信號的處理上特別是在調制器的工作方式上找到了一種新的好辦法，使得在單位時間內可以加載更多的信息。我們做個類比，如運送的貨物，單束激光相當于單條高速公路的運輸，那么在調制器工作方式得到改善后，信息傳輸速率提高了，相當于把車的發(fā)動機的性能提高了或者說換了個大的車廂，貨裝得多了，而無論哪種形式，都使這條運輸線運載量大大增加。

　　遼寧日報：德國的這個使傳輸速率達到每秒26Tbit的技術是否可以說有很大的突破？

　　羅毅：作為一項技術成果，這個提高傳輸速率的一個方法還是很巧妙的，有啟發(fā)性；另外從這個傳輸速率的量級來看，也基本上是光通信傳輸速度的一個極限了，很難再提高了。但同時也應該看到，這個極高的實驗室速度有技術理論意義，也可以用在特殊的環(huán)境中，但在通常的實際應用中還不可能達到這么高的速度，特別是這個速度下對電子器件的要求很高，而且現(xiàn)實也不用達到這么高的速率，就如同只有一袋米要運，如果我們用一火車或者大貨車去運輸就會顯得沒有必要。

　　每秒100Gbit就夠用

　　遼寧日報：但是我們的信息量會越來越多，特別是在互聯(lián)網(wǎng)普及和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的情況下。

　　羅毅：人們當然希望傳輸?shù)娜萘吭酱笤胶谩⑺俾试娇煸胶?，但講到實際應用，特別是光纖到達每家每戶后，傳輸速度還是有個應用范圍，一般來說如果接入帶寬能達到100Gbit/秒,就很理想而且足夠用了，即使是在未來二三十年里的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的情況下也完全可實現(xiàn)高速承載。德國的研究速率可以看做是一種技術儲備。

　　遼寧日報：美國華人科學家的那個用石墨烯做調制器提高速度的研究有何意義？

　　羅毅：他是在材料上做的研究，而德國的傳輸實驗是在系統(tǒng)方法上改進。目前把納米技術應用到光通信中是一種探索，石墨烯是一種碳的單層納米材料，有很多優(yōu)良的性能，比如強度最高、導電性極好等。所以，科學家嘗試和研究把它應用在光通信器件特別是調制器上，旨在提高光子通過率、提高傳輸速度。報道中的美國華人科學家在這方面進行了研究，做成了光學調制器并取得了良好的傳輸效果，說明石墨烯用于光調制器是可行的。

　　遼寧日報：用石墨烯做成的調制器也有望使傳輸速度提高？

　　羅毅：是的，但是也應該看到，用石墨烯做成的調制器的辦法來提高傳輸速度的意義不大，因為用常規(guī)的調制器和辦法也已經達到了很高的速率，足夠用了。

　　遼寧日報：看來各國都在加緊光通信技術的研發(fā)，光通信已成為未來通信的大趨勢。

　　羅毅：光通信技術發(fā)展在近十幾年發(fā)展迅猛，與衛(wèi)星通信、移動通信一起被看做是三大主要通信技術。因為光波的頻率比無線電波的頻率高、波長比無線電波的波長短，因此光通信具有傳輸頻帶寬、通信容量大和抗電磁干擾能力強等優(yōu)點。互聯(lián)網(wǎng)用戶劇增，信息交流越來越頻繁，這給原有的通信網(wǎng)絡帶來了巨大的流量壓力，光通信的這些優(yōu)點是傳統(tǒng)的電纜通信無法比擬的，這也使光纖通信成為解決未來互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展巨大帶寬需求的最終途徑。

　　遼寧日報：未來光通信會發(fā)展成什么樣？

　　羅毅：未來的光纖通信將會更快，單位比特能耗更低，價格更便宜，這也是我們研究工作者正在努力的方向。

　　生活將離不開“帶寬”

　　遼寧日報：帶寬是我們關注的一個問題，上網(wǎng)速度快、下載迅速在互聯(lián)網(wǎng)普及的今天成為普遍的愿望，既然目前技術上傳輸速率都可以實現(xiàn)Tb級的，但是我們多數(shù)家庭接入的帶寬卻不是光纖通信，還是用只有幾個Mb的帶寬電纜通信。那么，目前光纖通信的應用遇到的最大問題是什么？

　　羅毅：光纖通信的高速是不容置疑的，即使光纖通信形成了多級的通信網(wǎng)絡，但到戶的接入帶寬也可以實現(xiàn)每秒百兆比特（100Mbit）、甚至千兆比特（Gbit）。至于至今未能大范圍應用，我想主要是成本的問題。目前光纖通信的各器件的成本偏高，必然導致光纖到戶后，成本合下來，每戶要付幾百甚至過千元的費用，普通家庭還很難承受得起。

　　遼寧日報：只有到器件等成本降下來才能普及應用嗎？

　　羅毅：器件成本的降低是必然要求，隨著技術的進步，價格會不斷下降。而在這一個過程中，我們還有一個培育需求、培育市場的工作也要做。好比客車有很多，但坐車的人很少，導致票價昂貴或客車只能在那里閑置，所以必須讓更多人出行、有更多的乘客。目前互聯(lián)網(wǎng)市場的信息需求量在不斷加大，但是多集中在看電影、看電視等多媒體的需求上，這固然需要更高的帶寬，但是光纖通信對于這部分需求基本上是 “牛刀小試”。如沒有更多、更高級的需求，就難以形成規(guī)模效應以降低成本和收回投入。要想打破這一瓶頸，就必須發(fā)展全方位的網(wǎng)絡服務，讓需求帶動技術跟進。在這一過程中，發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)是一個必然途徑，首先的突破口可以是社會管理，如把光纖傳感器嵌入或裝備到電網(wǎng)、鐵路、隧道、公路、橋梁、大壩、供水系統(tǒng)、油氣管道等各種重大工程設施中，通過光通信連接到網(wǎng)絡上，形成物聯(lián)網(wǎng)，通過進行存儲、分析處理與決策，實現(xiàn)智能管理、控制和指揮，更加精細、更加動態(tài)地管理生產、生活的方方面面，這是在政府企事業(yè)級別的應用。另外，就是面向公眾、面向生活。讓有關公眾生活的方方面面都可以通過光纖通信帶來的高速互聯(lián)來實現(xiàn)，這樣即使使用者付費較高，但得到了相應的服務和便利，也會支持光纖通信的應用。

　　遼寧日報：請您舉個實際應用的例子。

　　羅毅：比如建設發(fā)展家庭、單位與醫(yī)院聯(lián)網(wǎng)的遠程醫(yī)療。通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸，病人可以在家里接受醫(yī)生的診斷，包括各種拍片、化驗，但像拍片等需要大規(guī)模的圖像傳輸，這些數(shù)據(jù)是海量的、即時的，那么只有光纖通信有足夠大的容量和速率來承擔起這個重任。再如物聯(lián)網(wǎng)服務于百姓生活最重要的部分，比如汽車保養(yǎng)、家庭防盜、智能出行等，這樣的服務給公眾帶來了便利，對互聯(lián)網(wǎng)的需求會越來越高，對容量和帶寬的要求也要提高，光纖通信的大容量和高速率正好是滿足這一要求的技術支撐，必然會全面鋪開，只有這樣，信息高速公路才真正通到了每個家庭。

　　遼寧日報：謝謝您的介紹，希望我們早日用上高速的光纖通信接入傳輸技術。

　　專家檔案

　　羅毅 清華大學“長江學者”特聘教授，博士生導師，現(xiàn)任集成光電子學國家重點聯(lián)合實驗室主任、清華大學實驗區(qū)主任。主要從事半導體光電子器件方面的研究工作，迄今為止共發(fā)表各類論文300余篇，其中有國際著名雜志論文100余篇，國際會議論文130余篇，中文核心刊物論文100余篇。