本刊记者|舒文琼 刁兴玲

展望2019年，无论移动通信、宽带还是互联网都将继续快速增长，这将为光通信发展提供强劲动力。

在通信这一技术密集型行业，技术的创新和应用对于带动行业发展具有至关重要的作用，特别是在光通信行业更是如此。近年来，包括超长距离传输、超低损耗光纤、硅光子和多模单芯等技术的出现，带动光通信行业不断发展。

时光荏苒，2018年匆匆而过，新的一年已经到来。展望2019年，光通信热点技术将呈现出怎样的发展趋势？近日，工信部通信科技委专职常委、武汉邮科院原副院长兼总工毛谦在“新一代光传送网发展论坛成立一周年大会”上展望了光通信关键技术的发展趋势。

我国敷设光纤总量超过18亿芯公里

毛谦表示，2018年全球光纤用量约为5亿芯公里，光纤累计用量已超过40亿芯公里。就我国而言，2018年光纤用量约为2.5亿芯公里，占全球光纤用量的一半，我国已敷设光缆约4300万公里。截至目前，我国已敷设光纤累计总量超过18亿芯公里。

包括移动、互联网和宽带在内的各种业务的发展都对光纤光缆提出了需求。统计数据显示，2018年全球互联网用户数达39亿，其中固定宽带用户突破了11亿户；2018年9月底我国固定宽带家庭用户数达4.3亿，其中光纤宽带用户约3.59亿户，光纤接入覆盖用户达11.7亿户。

在移动业务方面，全球移动用户已超过65亿户，移动宽带用户达53亿户；而我国移动用户则高达15.5亿户，移动宽带用户约13亿户。

“无论互联网、固定宽带还是移动通信、移动宽带都离不开光通信技术，光通信是上述业务发展的基础。”毛谦认为。

而展望2019年，无论移动通信、宽带还是互联网都将继续快速增长，这将为光通信发展提供强劲动力。

超长距离和超大跨距：通往低成本、高速率的捷径

由于光通信系统存在信号衰减和干扰问题，因此信号的最大传输距离存在一定极限，到达一定距离后需要中继器对光信号进行放大。但在地广人稀、地形平坦的边疆地区，运营商希望一根光缆能够覆盖上百公里，中间无需中继设备；在地形复杂、施工困难的沿海地区，针对岛屿与岛屿之间的通信场景，运营商也希望实现超大跨距通信。由此，超长距离和超大跨距传输应运而生。

毛谦表示，我国主要的光通信厂商从光纤、系统技术（编码和调制、FEC、DSP、解调等）和器件技术等多个角度全方位提高，不断刷新超长距离和超长跨距光传输的纪录。

例如，单芯光纤的最大传输距离已经突破1万公里，达到1.0608万公里，最高速度为10.7Tbit/s；单载波430Gbit/s无电再生传输距离超过了1.32万公里，跨洋传输不需要用电；有些单载波或者双载波的光传输距离超过了1万公里；24.6Tbit/s光传输超过了1.0285万公里。

光迅科技曾经联合xtera和康宁在ACP会议上进行100Gbit/s无中继传输627公里的试验，采用的关键技术是EDFA和拉曼放大器的集成应用以及超低损耗光纤。该试验在世界最大的电网运营商国家电网信息通信有限公司的实验室进行，持续两个月无差错稳定性测试结果说明，100G无中继传输试验技术已经相当成熟。

超长距离和超大跨距传输为网络升级和成本降低提供了保障。“由于海底光中继器成本高昂，而光纤成本相对较低，是否可以考虑用N对光纤的相对低速系统来实现原单对光纤的高速系统？”毛谦提出。例如，用4对100Gbit/s光纤来实现单根光纤400Gbit/s的速度。

但是这种方法也存在一定极限。“当N不大时，上述模式没有问题；但是当N大到一定程度时，光收发器、EDSA、拉曼放大、泵浦激光器等的成本也会相应增高，从而提升整体成本。因此采取何种方案还需要详细比较后再确定。”毛谦认为。

硅光子：眼前困难不改长期发展趋势

当前光通信系统大量应用的光器件材料都是基于Ⅲ-V族元素（如GaAs、InP），工艺难度大、成本比较高；而微电子技术采用硅为材料，成本低、工艺成熟，可以大规模集成和量产，能有效解决上述问题，因此业界提出了用微电子技术做光器件，硅光子技术由此诞生。借助微电子的成熟技术，以硅为材料制造光器件，是硅光子的初衷。

硅光子并非一项新技术，经过数年发展，硅光子技术已经发展到相当高的水平，可实现4mm的ASIC。其中的里程碑事件，包括2018年8月下旬，由国家信息光电子创新中心、光迅科技、光纤通信技术和网络国家重点实验室、中国信息通信科技集团联合研制成功的“100G硅光收发芯片”正式投产使用，可实现100G/200G全集成硅基相干光收发集成芯片和器件的量产，并通过了用户现网测试、性能稳定可靠，为80公里以上跨距的100G/200G相干光通信设备提供小型、高性能、通用的解决方案。

展望硅光子的发展前景，毛谦认为，硅光子的研究进展和应用推进速度非常快，但是要大规模商用和普及尚有相当一段距离。

毛谦认为，硅光子的最大缺陷是纯硅发光技术尚未从根本上解决，只能用混合集成或异质生长/键合的方式来解决光源的问题，使得单一硅芯片的大规模集成尚有困难，要想彻底解决就需要在材料物理上有所突破。此外，硅的信号传输速率也受到限制，硅光子能够做到多大速率也是要考虑的问题。

从生产环节看，由于光芯片的批量远远小于微电子ASIC的批量，因此工艺线不愿意改造工艺做光电子，使得成本节约有限，良品率也低于微电子，从而影响到市场价格，而价格是决定硅光子能否广泛使用的重要因素，未来硅光子要广泛使用离不开专用于光电子工艺线的建立。

但是，暂时的困难不能改变技术的长远发展趋势，毛谦认为从长远来看，硅光子具有较好的发展前景。同时，包括InP在内的Ⅲ-V族技术也很成熟，一直在发展光电集成技术，集成前景看好，因此未来硅光子和InP相互竞争，也可以互补和借鉴。

G.654E光纤取得重要突破G.652D光纤仍会大量使用

超低损耗光纤也是一个老生常谈的话题。据悉，从20世纪80年代开始业界就着手准备超低损耗光纤，目前该技术已经发展到较高水平，几乎接近理论极限。根据OFC在2017年的统计，光纤最低损耗降低到了0.1419db/km。聚焦到我国，光通信厂商也做了大量努力，长飞的超低衰减大有效面积光纤2016年最低损耗达到0.160db/km。此外，烽火、亨通、富通、中天也有相关技术和产品。

例如，在ULL技术基础上，烽火于2017年利用VAD+PCVD+OVD三步法开发出超低损耗大有效面积光纤U3LA，光纤衰减小于0.170dB/m，典型值为0.165dB/km。目前烽火通信已能批量提供1550nm衰减达到0.160-0.170dB/km以内的超低损耗光纤。而且这一光纤还具有可达到G.657A2的抗弯曲能力，从而大幅提高了超低损耗光纤的应用范围。

展望未来，毛谦认为，ITU已正式通过G.654E，对骨干网、超高速系统、长距离有着重要意义。但是对于G.654E的应用前景也不易盲目乐观，因为G.654E工艺难度大，成品率比标准单模光纤要低，使得价格居高不下，影响了大规模推广应用。另外，G.652D光纤的衰减系数也在不断降低，目前已经降低到0.17dB/km以下，接近超低损耗光纤的水平，可以和G.657A光纤兼容，应用范围广；而相对于G.654E，G.652D和G.657A的抗弯性能更好。

G.654E与G.652D、G.657A相比，使用的场景有所差别，前者适合长途骨干网，而后者大部分应用在城域网和接入网。截至2018年9月底，我国光缆线路总长度4130公里，其中骨干网线路仅占2.6%，97.4%的光缆线路都在城域网和接入网。因此，实际网络中，大量使用的仍然是G.652D光纤，G.654E光纤只应用在必要场景，不会全面替代G.652D光纤。毛谦建议，在发展G.654E的同时，要继续加强对G.652D光纤的硏究、改进和提高，并继续降低生产成本，以方便绝大多数应用场景。

SDM和多芯光纤：增大系统容量的有效方法

多芯光纤是在一个共同的包层区中存在多个纤芯，是SDM（空分复用）的实现方式，而SDM是增大系统容量的有效方法。

目前多芯光纤的最大容量可达到2.15Pbit/s。这一速率是由日本信息通信研究机构、住友电器工业和美国RAMPhotomics公司联合完成的，本次传输实验采用上述公司共同开发的22纤芯光纤，以及一次生成数百个载波的光源。

在国内，S D M的最大容量为1.06Pbit/s。由烽火科技基于烽火通信自研的19芯MCF光纤所实现，是国内首次完成P比特级光传输系统的实验。

多芯光纤技术一直在不断进步，但是几个难点也困扰着该技术的发展：芯间串音的减小、多芯MIMO EDFA光纤放大器、多芯MIMO ROA光纤放大器、多芯熔接、多芯耦合、多芯连接器、多芯分支器、多芯光纤的参数和测试方法。此外，多芯光纤结构五花八门，而标准化远远落后。

展望SDM技术发展前景，毛谦认为，实验室对SDM的研究依然热衷，但要突破2.15Pbit/s的纪录难度很大；实际工程的许多技术问题还没有根本解决，如多芯光纤的标准化、多芯自动连接、简易的MIMO、多芯放大、相关测试仪表，因此商用为期尚远，而商用的紧迫性也并不强烈。

从长远来看，SDM技术还会不断进步，上述问题有望逐一被突破，SDM的商用化前景值得期待。