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10TB每秒!光纤传输速度无限接近光速

2015-8-26 16:14:38      点击:

                                                                       

     英国南安普敦大学的研究团队近日让光纤传输速度真正接近了宇宙的速度极限——光速。弗朗西斯科·伯乐蒂(Francesco Poletti)和他的团队制造的光纤能够以99.7%的光速传输数据,换成数据量73.7Tb/s,即大约10TB/s,这个速度比现在常用的40Gb级的光纤电缆要快一千多倍,并且大大降低了传输时延。相关研究论文已经发表在《自然》杂志的光电子刊上。

光在真空中的传播速度为299,792,458米每秒,而在其余介质中的光速会大为降低。在普通光纤(材质为石英玻璃)中,光的传播速度将降低31%。由于光在空气中的传播速度要快于在玻璃中的传播速度,研究团队也因此萌生了相当有创意的想法——他们要制造一种空心光纤,空气将成为这种光纤的主要组成材质。

 

以空气为主要材质的光纤听起来很不现实,但仔细想想,我们每天都能以肉眼看到光在空气中传播的真实案例。事实上,科学家在之前也多次没尝试过制造“空气光纤”,但他们遇到的最大问题便是这样制造出来的光纤难以弯曲。对于普通光纤来说,玻璃/塑料材质拥有一定的折射率,光线因为全反射可以在光纤内曲折前进。但是,当光纤内部存在中空时,一旦光纤发生弯曲,信号的传输就会被干扰,光纤的带宽就会被限制。

对于这个历史性难题,南安普敦大学的研究团队从根本上升级了中空光纤的设计,在光纤内部空气与玻璃接触面上附上一层超薄的特殊物质,形成核心-包覆边界,使光无法向外折射。他们新设计的光纤每公里的损耗为3.5dB,而带宽高达160nm。当然,最关键的是,光在这种光纤内的传播速度大幅提升,摆脱了传统光纤因为材质产生的31%速度上限衰减。研究团队通过波分复用技术(WDM)在310米长的中空光纤中发送了37个40Gb的信号,实验室结果显示传输速度高达每秒73.7Tb,创下了人类有史以来在实验室中最快的传输记录之一。

“之前的光纤要不就是用高损耗换取带宽,要不就是牺牲带宽减小损耗,而我们做到了两全其美。”伯乐蒂说道。

在现实应用中,每公里3.5dB的损耗是可以接受的,但这种“空气光纤”在短时间内取代传统光纤的可能性还是比较小的(毕竟短期内服务商也不可能提供如此高的带宽)。但对于大型数据中心和超级计算机互联而言,使用这种光纤倒是能显著地降低延迟,提升速度。

 

本文编译自:Extremetech Researchers create fiber network that operates at 99.7% speed of light, smashes speed and latency records

作者: Sebastian Anthony