辽宁日报：极速光纤通信怎样改变未来生活
发布时间：2011-07-08 10:39:57 热度：1977
7/8/2011,近日，有两则关于光通信技术的报道引起了大家的关注：德国研究人员在光纤线路中实现了数据传输速率达到每秒26太比特（Tbit）；另一则是美国华裔科学家使用纳米材料石墨烯研制出了新型光调制器，有望使光通信速度提高1万倍。在互联网日益普及的今天，人们期待着更加快速的信息传输技术，当我们通过新闻了解到传输速率达到每秒26太比特时不禁会问，这样高的传输速率何时才能走进千家万户？网络传输还会提速吗？
量级已很难再突破
辽宁日报：我们先从新闻谈起。这两则新闻是否可以看做是光通信的技术发展？报道说德国的研究人员在光纤通信线路中使单束激光的数据传输速率达到每秒26太比特（Tbit）“每秒26太比特”是什么概念？和目前的通信传输差多少倍？
罗毅：通信专家们发展光通信技术，首先就是因为光纤通信具有非常大的带宽资源。而提高传输速度，在整个光通信系统中就是提高整个带宽，这是光通信的根本优势和发展要求。相信大家都对“GB”这个单位不陌生，比如一个硬盘几百GB容量。这个大写的B是字节，一个字节包含8个比特（bit），我们现在到家庭的宽带（ADSL）一般是2-4Mb/s，但如果是光纤就可以到每秒Gbit级。每秒钟26太比特（Tb）相当于每秒26000Gbit，是非常高的传输速率了。
辽宁日报：那说明速度是非常快了，1秒可传几百张DVD光盘容量的数据。那么他们大致采用何种方法到达这个速率？
罗毅：他们在光信号的处理上特别是在调制器的工作方式上找到了一种新的好办法，使得在单位时间内可以加载更多的信息。我们做个类比，如运送的货物，单束激光相当于单条高速公路的运输，那么在调制器工作方式得到改善后，信息传输速率提高了，相当于把车的发动机的性能提高了或者说换了个大的车厢，货装得多了，而无论哪种形式，都使这条运输线运载量大大增加。
辽宁日报：德国的这个使传输速率达到每秒26Tbit的技术是否可以说有很大的突破？
罗毅：作为一项技术成果，这个提高传输速率的一个方法还是很巧妙的，有启发性；另外从这个传输速率的量级来看，也基本上是光通信传输速度的一个极限了，很难再提高了。但同时也应该看到，这个极高的实验室速度有技术理论意义，也可以用在特殊的环境中，但在通常的实际应用中还不可能达到这么高的速度，特别是这个速度下对电子器件的要求很高，而且现实也不用达到这么高的速率，就如同只有一袋米要运，如果我们用一火车或者大货车去运输就会显得没有必要。
每秒100Gbit就够用
辽宁日报：但是我们的信息量会越来越多，特别是在互联网普及和物联网发展的情况下。
罗毅：人们当然希望传输的容量越大越好、速率越快越好，但讲到实际应用，特别是光纤到达每家每户后，传输速度还是有个应用范围，一般来说如果接入带宽能达到100Gbit/秒,就很理想而且足够用了，即使是在未来二三十年里的物联网发展的情况下也完全可实现高速承载。德国的研究速率可以看做是一种技术储备。
辽宁日报：美国华人科学家的那个用石墨烯做调制器提高速度的研究有何意义？
罗毅：他是在材料上做的研究，而德国的传输实验是在系统方法上改进。目前把纳米技术应用到光通信中是一种探索，石墨烯是一种碳的单层纳米材料，有很多优良的性能，比如强度最高、导电性极好等。所以，科学家尝试和研究把它应用在光通信器件特别是调制器上，旨在提高光子通过率、提高传输速度。报道中的美国华人科学家在这方面进行了研究，做成了光学调制器并取得了良好的传输效果，说明石墨烯用于光调制器是可行的。
辽宁日报：用石墨烯做成的调制器也有望使传输速度提高？
罗毅：是的，但是也应该看到，用石墨烯做成的调制器的办法来提高传输速度的意义不大，因为用常规的调制器和办法也已经达到了很高的速率，足够用了。
辽宁日报：看来各国都在加紧光通信技术的研发，光通信已成为未来通信的大趋势。
罗毅：光通信技术发展在近十几年发展迅猛，与卫星通信、移动通信一起被看做是三大主要通信技术。因为光波的频率比无线电波的频率高、波长比无线电波的波长短，因此光通信具有传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点。互联网用户剧增，信息交流越来越频繁，这给原有的通信网络带来了巨大的流量压力，光通信的这些优点是传统的电缆通信无法比拟的，这也使光纤通信成为解决未来互联网发展巨大带宽需求的最终途径。
辽宁日报：未来光通信会发展成什么样？
罗毅：未来的光纤通信将会更快，单位比特能耗更低，价格更便宜，这也是我们研究工作者正在努力的方向。
生活将离不开“带宽”
辽宁日报：带宽是我们关注的一个问题，上网速度快、下载迅速在互联网普及的今天成为普遍的愿望，既然目前技术上传输速率都可以实现Tb级的，但是我们多数家庭接入的带宽却不是光纤通信，还是用只有几个Mb的带宽电缆通信。那么，目前光纤通信的应用遇到的最大问题是什么？
罗毅：光纤通信的高速是不容置疑的，即使光纤通信形成了多级的通信网络，但到户的接入带宽也可以实现每秒百兆比特（100Mbit）、甚至千兆比特（Gbit）。至于至今未能大范围应用，我想主要是成本的问题。目前光纤通信的各器件的成本偏高，必然导致光纤到户后，成本合下来，每户要付几百甚至过千元的费用，普通家庭还很难承受得起。
辽宁日报：只有到器件等成本降下来才能普及应用吗？
罗毅：器件成本的降低是必然要求，随着技术的进步，价格会不断下降。而在这一个过程中，我们还有一个培育需求、培育市场的工作也要做。好比客车有很多，但坐车的人很少，导致票价昂贵或客车只能在那里闲置，所以必须让更多人出行、有更多的乘客。目前互联网市场的信息需求量在不断加大，但是多集中在看电影、看电视等多媒体的需求上，这固然需要更高的带宽，但是光纤通信对于这部分需求基本上是“牛刀小试”。如没有更多、更高级的需求，就难以形成规模效应以降低成本和收回投入。要想打破这一瓶颈，就必须发展全方位的网络服务，让需求带动技术跟进。在这一过程中，发展物联网是一个必然途径，首先的突破口可以是社会管理，如把光纤传感器嵌入或装备到电网、铁路、隧道、公路、桥梁、大坝、供水系统、油气管道等各种重大工程设施中，通过光通信连接到网络上，形成物联网，通过进行存储、分析处理与决策，实现智能管理、控制和指挥，更加精细、更加动态地管理生产、生活的方方面面，这是在政府企事业级别的应用。另外，就是面向公众、面向生活。让有关公众生活的方方面面都可以通过光纤通信带来的高速互联来实现，这样即使使用者付费较高，但得到了相应的服务和便利，也会支持光纤通信的应用。
辽宁日报：请您举个实际应用的例子。
罗毅：比如建设发展家庭、单位与医院联网的远程医疗。通过互联网传输，病人可以在家里接受医生的诊断，包括各种拍片、化验，但像拍片等需要大规模的图像传输，这些数据是海量的、即时的，那么只有光纤通信有足够大的容量和速率来承担起这个重任。再如物联网服务于百姓生活最重要的部分，比如汽车保养、家庭防盗、智能出行等，这样的服务给公众带来了便利，对互联网的需求会越来越高，对容量和带宽的要求也要提高，光纤通信的大容量和高速率正好是满足这一要求的技术支撑，必然会全面铺开，只有这样，信息高速公路才真正通到了每个家庭。
辽宁日报：谢谢您的介绍，希望我们早日用上高速的光纤通信接入传输技术。
专家档案
罗毅清华大学“长江学者”特聘教授，博士生导师，现任集成光电子学国家重点联合实验室主任、清华大学实验区主任。主要从事半导体光电子器件方面的研究工作，迄今为止共发表各类论文300余篇，其中有国际著名杂志论文100余篇，国际会议论文130余篇，中文核心刊物论文100余篇。
量级已很难再突破
辽宁日报：我们先从新闻谈起。这两则新闻是否可以看做是光通信的技术发展？报道说德国的研究人员在光纤通信线路中使单束激光的数据传输速率达到每秒26太比特（Tbit）“每秒26太比特”是什么概念？和目前的通信传输差多少倍？
罗毅：通信专家们发展光通信技术，首先就是因为光纤通信具有非常大的带宽资源。而提高传输速度，在整个光通信系统中就是提高整个带宽，这是光通信的根本优势和发展要求。相信大家都对“GB”这个单位不陌生，比如一个硬盘几百GB容量。这个大写的B是字节，一个字节包含8个比特（bit），我们现在到家庭的宽带（ADSL）一般是2-4Mb/s，但如果是光纤就可以到每秒Gbit级。每秒钟26太比特（Tb）相当于每秒26000Gbit，是非常高的传输速率了。
辽宁日报：那说明速度是非常快了，1秒可传几百张DVD光盘容量的数据。那么他们大致采用何种方法到达这个速率？
罗毅：他们在光信号的处理上特别是在调制器的工作方式上找到了一种新的好办法，使得在单位时间内可以加载更多的信息。我们做个类比，如运送的货物，单束激光相当于单条高速公路的运输，那么在调制器工作方式得到改善后，信息传输速率提高了，相当于把车的发动机的性能提高了或者说换了个大的车厢，货装得多了，而无论哪种形式，都使这条运输线运载量大大增加。
辽宁日报：德国的这个使传输速率达到每秒26Tbit的技术是否可以说有很大的突破？
罗毅：作为一项技术成果，这个提高传输速率的一个方法还是很巧妙的，有启发性；另外从这个传输速率的量级来看，也基本上是光通信传输速度的一个极限了，很难再提高了。但同时也应该看到，这个极高的实验室速度有技术理论意义，也可以用在特殊的环境中，但在通常的实际应用中还不可能达到这么高的速度，特别是这个速度下对电子器件的要求很高，而且现实也不用达到这么高的速率，就如同只有一袋米要运，如果我们用一火车或者大货车去运输就会显得没有必要。
每秒100Gbit就够用
辽宁日报：但是我们的信息量会越来越多，特别是在互联网普及和物联网发展的情况下。
罗毅：人们当然希望传输的容量越大越好、速率越快越好，但讲到实际应用，特别是光纤到达每家每户后，传输速度还是有个应用范围，一般来说如果接入带宽能达到100Gbit/秒,就很理想而且足够用了，即使是在未来二三十年里的物联网发展的情况下也完全可实现高速承载。德国的研究速率可以看做是一种技术储备。
辽宁日报：美国华人科学家的那个用石墨烯做调制器提高速度的研究有何意义？
罗毅：他是在材料上做的研究，而德国的传输实验是在系统方法上改进。目前把纳米技术应用到光通信中是一种探索，石墨烯是一种碳的单层纳米材料，有很多优良的性能，比如强度最高、导电性极好等。所以，科学家尝试和研究把它应用在光通信器件特别是调制器上，旨在提高光子通过率、提高传输速度。报道中的美国华人科学家在这方面进行了研究，做成了光学调制器并取得了良好的传输效果，说明石墨烯用于光调制器是可行的。
辽宁日报：用石墨烯做成的调制器也有望使传输速度提高？
罗毅：是的，但是也应该看到，用石墨烯做成的调制器的办法来提高传输速度的意义不大，因为用常规的调制器和办法也已经达到了很高的速率，足够用了。
辽宁日报：看来各国都在加紧光通信技术的研发，光通信已成为未来通信的大趋势。
罗毅：光通信技术发展在近十几年发展迅猛，与卫星通信、移动通信一起被看做是三大主要通信技术。因为光波的频率比无线电波的频率高、波长比无线电波的波长短，因此光通信具有传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点。互联网用户剧增，信息交流越来越频繁，这给原有的通信网络带来了巨大的流量压力，光通信的这些优点是传统的电缆通信无法比拟的，这也使光纤通信成为解决未来互联网发展巨大带宽需求的最终途径。
辽宁日报：未来光通信会发展成什么样？
罗毅：未来的光纤通信将会更快，单位比特能耗更低，价格更便宜，这也是我们研究工作者正在努力的方向。
生活将离不开“带宽”
辽宁日报：带宽是我们关注的一个问题，上网速度快、下载迅速在互联网普及的今天成为普遍的愿望，既然目前技术上传输速率都可以实现Tb级的，但是我们多数家庭接入的带宽却不是光纤通信，还是用只有几个Mb的带宽电缆通信。那么，目前光纤通信的应用遇到的最大问题是什么？
罗毅：光纤通信的高速是不容置疑的，即使光纤通信形成了多级的通信网络，但到户的接入带宽也可以实现每秒百兆比特（100Mbit）、甚至千兆比特（Gbit）。至于至今未能大范围应用，我想主要是成本的问题。目前光纤通信的各器件的成本偏高，必然导致光纤到户后，成本合下来，每户要付几百甚至过千元的费用，普通家庭还很难承受得起。
辽宁日报：只有到器件等成本降下来才能普及应用吗？
罗毅：器件成本的降低是必然要求，随着技术的进步，价格会不断下降。而在这一个过程中，我们还有一个培育需求、培育市场的工作也要做。好比客车有很多，但坐车的人很少，导致票价昂贵或客车只能在那里闲置，所以必须让更多人出行、有更多的乘客。目前互联网市场的信息需求量在不断加大，但是多集中在看电影、看电视等多媒体的需求上，这固然需要更高的带宽，但是光纤通信对于这部分需求基本上是“牛刀小试”。如没有更多、更高级的需求，就难以形成规模效应以降低成本和收回投入。要想打破这一瓶颈，就必须发展全方位的网络服务，让需求带动技术跟进。在这一过程中，发展物联网是一个必然途径，首先的突破口可以是社会管理，如把光纤传感器嵌入或装备到电网、铁路、隧道、公路、桥梁、大坝、供水系统、油气管道等各种重大工程设施中，通过光通信连接到网络上，形成物联网，通过进行存储、分析处理与决策，实现智能管理、控制和指挥，更加精细、更加动态地管理生产、生活的方方面面，这是在政府企事业级别的应用。另外，就是面向公众、面向生活。让有关公众生活的方方面面都可以通过光纤通信带来的高速互联来实现，这样即使使用者付费较高，但得到了相应的服务和便利，也会支持光纤通信的应用。
辽宁日报：请您举个实际应用的例子。
罗毅：比如建设发展家庭、单位与医院联网的远程医疗。通过互联网传输，病人可以在家里接受医生的诊断，包括各种拍片、化验，但像拍片等需要大规模的图像传输，这些数据是海量的、即时的，那么只有光纤通信有足够大的容量和速率来承担起这个重任。再如物联网服务于百姓生活最重要的部分，比如汽车保养、家庭防盗、智能出行等，这样的服务给公众带来了便利，对互联网的需求会越来越高，对容量和带宽的要求也要提高，光纤通信的大容量和高速率正好是满足这一要求的技术支撑，必然会全面铺开，只有这样，信息高速公路才真正通到了每个家庭。
辽宁日报：谢谢您的介绍，希望我们早日用上高速的光纤通信接入传输技术。
专家档案
罗毅清华大学“长江学者”特聘教授，博士生导师，现任集成光电子学国家重点联合实验室主任、清华大学实验区主任。主要从事半导体光电子器件方面的研究工作，迄今为止共发表各类论文300余篇，其中有国际著名杂志论文100余篇，国际会议论文130余篇，中文核心刊物论文100余篇。
