刘俊，王健

（华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074）

1 引言

20 世纪60 年代，电子计算机的诞生、计算机技术和网络技术的普及，将人们从工业时代带入绚烂多彩的信息时代，科技的迅猛发展和人口的飞速攀升使全球通信容量呈指数级增长[1-3]。特别地，电子商务、云计算、物联网、虚拟现实、大数据、5G 移动互联、人工智能、无人驾驶等技术的应用和发展极大地丰富了人类的生活方式，同时也给全球光通信网络带来了更大的压力。因此，为了应对快速膨胀的通信容量需求，研究者们需要不断开发新技术来解决即将到来的“容量瓶颈”。20 世纪70 年代，研究者们研发出低损耗光纤[4]和半导体激光器[5]，并将其进行推广，促进了光通信技术的持续发展。技术的发展推动光通信容量不断增长，平均增速达到每4 年增长10 倍[6]。追根求源，所有的光通信技术的开发都是利用光子的不同物理维度资源。图1 给出了光子的5 个基本物理维度，即时间、频率/波长、复振幅（即幅度和相位）、偏振和空间结构（横向空间分布）[7-8]。通过对光子的维度资源进行调制或复用，研究者开发了多种高级调制技术和复用技术，可以有效提升光通信的容量[9-12]。

对光子时间维度的开发利用始于20 世纪80 年代。利用时间维度的时分复用技术（TDM,time-division multiplexing）经过了30 多年发展，2012 年，日本东北大学在525 km 单模光纤（SMF,single-mode fiber）中实现了160 Gbaud 奈奎斯特脉冲TDM 信号的传输[13]；中兴通讯美国莫里斯顿研究中心实现了2 800 km SMF 传输电时分复用（ETDM,electronical time-division multiplexing）信号[14]。同年，他们将……