来自技术权威的光通信展望

11/13/2014, 昨天的APC2014全体大会上，组委会请来了光通信业界的大牛人，EDFA的最早发明者之一，高速光通信系统的权威日本东北大学的中泽正隆（Masataka Nakazawa）教授和硅基混合激光器的最早开发者美国加州大学圣巴巴拉分校的John Bowers教授，听他们讲述未来的光通信技术。
中泽教授讲的是超高速光通信的3M概念。这个3M可不是3M公司，而是Multi-level调制，Multi-core和Multi-mode。中泽教授的超高速不是我们现在的100Gbps或者400Gbps，而是1000Tbps（Exabit）。他说高速光通信的第一代技术是EDFA和WDM的发明带来的，第二代技术是多阶调制的相干传输系统。现在这两代技术合起来已经可以做到接近100Tbps的总传输容量，高速调制单波长是可以做到400Gbps左右速率（今年OFC上有336Gbps和334Gbps的报道，去年OFC还有更高）。可是考虑到光放大器的功率限制和带宽限制，100Tbps的传输容量算是个关口。再向上走就需要引入空分复用SDM技术，也就是多芯光纤。2011年以来，关于SDM的文章逐年增多，光去年下半年就有250多篇各类文章发表在期刊和各种学术会议上。ECOC2014上藤仓推出12芯X3个模式的多芯光纤，藤仓还在OFC上报道了最新的多芯光纤的制作技术。在多芯光纤连接方面，平均插损应做到0.07dB的水平。中泽教授说，光通信再向前走，就要借鉴移动通信的MIMO的概念引入多个模式的复用传输。最新的实验成果已经可以做到12X12 MIMO，可以实现1705公里的传输 （ECOC2014）。中泽教授的结论说，这3M技术有望克服现有光通信系统的容量和功率限制，在未来20-30年内实现1000倍以上性能的提升。有听众在现场请教SDM的商用前景。中泽教授回答说，他也认为这些技术还需要很长的时间才可以最终商用，现在还是在研究阶段。他指出，3M之中，最后一项模式复用会是最难的。
John Bowers教授的介绍开篇也从近年来的文献数开始。2005年以来，硅光子领域的文献呈指数增长，可见这个领域有多热。2014年的最新水平，混合集成硅基PIC的集成量已经可以超过200多个光子器件，大约每2.6年就翻一倍。Bowers教授定义硅光子技术为基于CMOS工艺在硅上实现PIC的技术。作为最早实现硅基混合集成激光器的研究者，Bowers教授对这个问题有自己的看法。他指出，在LED工业，在硅上集成GaN LED早已非常普遍，硅上集成激光器也不是什么大问题。不只激光器，探测器等有源器件，硅基PIC已经可以实现从分路器到WDM，再到隔离器的各种无源光器件。Bowers教授透露他的研究团队基于环状结构已经实现了硅基隔离器。不仅如此，Bowers教授还讨论了硅光子器件的可靠性问题。他的团队研究了硅基器件的可靠性，认为不会影响到激光器的寿命。Bowers教授告诉听众，下一代的光子集成技术将是引入电子工业的3D 晶圆堆叠技术，实现更低成本，更低功耗，更高集成度的集成光子器件。Bowers教授用硅光子技术的一系列最新成就，比如功率达到175mw， 阈值低到2mA，4万小时工作时间，9KHz线宽，164个集成度等指标来结论说，硅光子的时代已经到来。
APC能请来中泽和Bowers教授这样的学术权威，足以说明APC现今的影响力。无论中泽还是Bowers教授，他们的综述中都大量引用了华裔学者，甚至是中国大陆学者的成绩。这些说明中国人的光通讯研究水平已经达到相当的高度。编辑想说的是，下一步，我们期待着中国也能涌现出拥有最先进的光通信技术和产品的公司。