OFC2020：在大会场里放飞思想

3/11/2020，光纤在线讯，每每坐在OFC的大会场里，都有一种特别的仪式感。在全球疫情肆虐的特殊时刻，身处OFC2020第一天的大会场里，又突然多了一种神圣感。我为身为全球光通信大家庭的一员感到荣幸，为能见证这一产业过去20年的发展感到骄傲。特别是今年的OFC，如大会项目主席，中兴通讯的魏君珊博士所指出的那样，第一次这么广泛而成功地引入虚拟会议的形式，诺大的会场虽然没有往年那样座无虚席，但也能坐到七八成，加上世界各地守候在电脑前手机旁与会的听众，OFC今年无疑创造了历史。

       魏君珊博士在致辞
每年OFC的大会演讲，都是最值得期待的。今年OFC的大会演讲邀请了英国南安普顿大学Zepler光子和纳米电子研究中心总监David Payne爵士，中国电信北京研究院总裁毕奇博士，德国普朗克重力物理研究院总监Karsten Danzmann博士三位重要嘉宾。

David Payne教授是全球公认的EDFA和特种光纤的先驱。他今天演讲的主题是“石英光纤（silica）的未来？”对光纤技术已经发展如此成熟的今天，这无疑是个非常有趣的话题。一上台，Payne教授就提出一个问题：“为什么是我被OFC选中？”从1967开始，他就从事石英光纤的研究。1972年，他所在的研究小组和康宁等在同一个时代从事实用光纤的研发。今年OFC隆重纪念低损耗光纤推出50年，正因为如此，邀请他来就石英光纤的未来做介绍再合适不过。英国虽然是最早研究光纤的国家，但是今天的光纤到户普及率在欧盟国家却排名靠后。Payne教授说悠久的传统往往会成为后来的负担，他为此感到遗憾，但是却不妨碍他对光纤的未来更有热情。

在普通光纤技术空前成熟的今天，下一代的光纤到底应该如何发展，又有哪些新用途？前几年兴起的多芯光纤在系统部署层面成本有优势吗？光纤能找到新的波长窗口吗？聚合物光纤会替代石英光纤吗？这是Payne教授的问题，也是他要回答的。

接下来Payne用了大量的篇幅介绍空心微结构光纤的进展。他指出这种新型光纤最大的优势在于低非线性，比普通光纤低30%的延迟，更低的色散。比如他们的团队能做到比普通单模光纤低3-4个数量级的非线性，在几百纳米范围内2ps/nm/Km的色散指标。在损耗方面，可以实现在1510nm到1600nm范围内0.28dB/Km，虽然与普通SMF光纤的指标还高一倍，但是看过去十多年来的发展趋势，未来能够做到与普通SMF一样，也不会很久了。空心光纤的这些优势让其在诸如对非线性指标非常关键的光纤陀螺等领域有重要的应用场景，即便单模光纤越用越多的数据中心，也可能找到自己的机会，毕竟延迟今天成为越来越重要的指标。对于空心光纤来说，现在发展的瓶颈在Payne教授看来，一个是较大的模式面积，一个是弯曲损耗，这些都可以通过改善光纤的包装材料能逐步解决。

1987年1月，Payne教授的团队第一个发表了有关EDFA的文章，随后开创了WDM系统的空前应用时代。今天，光纤放大器面临进一步扩展频谱范围的挑战。Payne教授指出如今从1.65微米到2.15微米，都有掺杂光纤放大器可以提供，比如2微米以下的TDFA，从2微米到2.2微米的HDFA。在本次会议的一篇PDP（Post Deadline）文章里，他们介绍了他们在宽带光纤放大器方面的最新成就，可以实现1300nm到1500nm的全覆盖。Payne教授指出，未来掺杂光纤放大器将会更多是采取混合的结构。

讲到应用，Payne教授指出如今EDFA的最高输出功率已经可以达到1600nm下656瓦单模输出。基于Yb掺杂的光纤激光器可以实现20KW单模光纤输出和100KW多模光纤输出，可以说，基于所谓的多路并行的设计结构，输出功率可以达到几乎不受限制的程度。这种超高功率的激光输出在石油勘探，宇航，反无人机，无人驾驶等许多领域都有巨大的应用价值。在Payne教授介绍的诸多新应用中，令编辑印象最深的一个是星际航行的激光驱动，一个超低成本的5G存储（基于飞秒激光器， 每个涡旋l存储8bits 数据，所谓5D，位置加上双折射还有orientation）。一小片这样的光盘可以存储360TB数据，存储时间可以达到10的20次方年。

不仅如此，石英光纤在新兴的量子光学里面可以实现量子纠缠需要的重要单光子量子器件，而且是最好的超低损耗集成光子平台。其低损耗，高稳定，低非线性和超高功率特性将注定让这种技术在未来找到更多新应用。

中国电信北京研究院的毕奇博士接下来演讲的主题是“5G 演进的挑战与机会”。一开场，毕博士就指出对于5G来说，垂直整合（Vertical）是希望所在，而物联网IoT是其发展目标。过去几年来，在5G的发展中先后出现OTSA和3GPP两大标准，前者在美国Verizon的固网5G应用和2018韩国平昌冬奥会得到应用，后者随着中国运营商的部署获得更多青睐。目前3GPP已经成为5G的公认标准。而基于不同的应用场景，美国的5G更多关注毫米波频谱的5G固网应用，主要是小范围的热点应用，而中国的Sub-6GHz频谱更支持大范围覆盖和移动应用。接下来毕奇博士指出，不同于前几代移动通信技术，4G/5G主要是基于FDMA技术。根据香浓定理，通信系统的主要构成包括源编码，信道编码，调制和天线，对于5G通信系统来说，现在更多的技术进步空间主要在于天线领域。诸如Massive MIMO这一的技术，无线系统频谱效率已经从最初的0.2bit/HZ达到今天的8bit/Hz。

对于5G的发展和应用，毕奇博士指出，现阶段20Gbps的下行速率还无法在商用系统中实现。物联网的应用面临覆盖，成本和电池寿命三大挑战。为了实现对物联网的支持，5G需要新的发展。在FDD与TDD之间FDD的延迟性能更好，不同的频谱对应不同的应用场景，因此多种系统的整合更加是方向。毕奇博士告诉听众，5G建设的Capex与Opex 都比4G更贵，这主要是因为硬件的复杂性，不同应用带来的多个系统部署需求 以及收入模型不明朗等等原因带来的，因此类似中国电信和中国联通的合作就建网很有意义。不仅如此，5G的建设也需要全球范围的产业链大合作。比如芯片层面，5G所需要的7nm技术全球供应商屈指可数。只有全产业链合作，才能最终降低5G建设的成本。
 
在演讲的最后，毕奇博士指出，5G 是推动光纤部署重要动力。5G对人类生活的改变将首先来自传输变得比存储更便宜，云服务在5G时代注定会爆发。

今天大会演讲的第三位Benno Willke博士带来的主题是“探测星际涟漪的挑战与影响”。这无疑是超越编辑知识能力的一个主题。 比如WIllke博士的开场白用爱因斯坦的相对论指出：“物质决定空间的弯曲，空间决定物质的运动”。为此编辑找了一点背景资料。2016年2月11日，美国国家科学基金会和欧洲引力天文台召开对外新闻发布会，正式宣布有史以来，科学家第一次直接观测到了来自遥远宇宙的剧变事件所产生的时空涟漪——引力波。这一发现验证了100年前爱因斯坦广义相对论中的一个重要预言，是首次在强引力场条件下对广义相对论的直接验证。被探测到的引力波信号来自于13亿光年之外的双黑洞并合事件，是人类首次观测到双黑洞并合过程。该发现表明单黑洞质量大于25太阳质量的双黑洞系统在自然界存在，并且能在宇宙年龄时间内并合。Willke博士正是做出这一划时代贡献的关键人物。他今天给听众介绍的是激光干涉系统如何在引力波的测试中发挥作用。用大会主席的介绍说，他是这个领域当之无愧的先驱。

从星际旅行开始，到黑洞探索结束，今天OFC大会讨论的主题是不是很科幻。放飞你的思路，去尽情探索光通信技术的未来，这是能够坐在这里聆听这样演讲的最大感受。今年的John Tyndall奖颁给了比利时根特大学和IMEC的创办人Roel G.F. Baets 教授。从少年时候迷恋飞机模型，青年时将学术论文与音乐挂钩，到成年后创立 ePIXfab ，再到今天桃李满天下。Bates教授 是硅基光电子技术的奠基人之一，更是这一新兴产业的开创者。