光纤数据传输速度高达 301 Tbps — 比家庭宽带连接快 120 万倍

研究人员使用现有光纤电缆达到了每秒 301 太比特的速率，相当于一秒钟通过互联网传输 1,800 部 4K 电影。

科学家们首次利用以前不稳定的传输频带，实现了比普通固定宽带线路快 120 万倍的光纤数据传输速度。

研究人员达到了每秒 301 太比特 (Tbps) 的速率，相当于一秒钟通过互联网传输 1,800 部 4K 电影。相比之下，根据速度测试，美国的固定宽带速度中位数为 242.38 兆比特每秒 (Mbps)。

他们通过通过管状玻璃丝发送红外光来实现这种极快的速度——这就是光纤宽带的一般工作原理。但他们利用新的定制设备开发了一个从未在商业系统中使用过的光谱带，称为“E 波段”。

科学家们在一份声明中表示，工程技术研究所 (IET) 在 3 月份公布了这项测试的结果，该测试是使用已经铺设在地下的光缆进行的。该团队还在 2023 年 10 月于格拉斯哥举行的欧洲光通信会议 (ECOC) 上展示了该研究成果，但该论文尚未公开。

光纤连接的新领域

所有商业光纤连接都通过电磁频谱中红外C波段和L波段部分的电缆传输数据——用于互联网连接的特定红外区域占据范围1,260 至 1,675 纳米 (nm)。作为参考，可见光占据光谱上约 400 nm 至 700 nm 的波长。

C 波段和 L 波段（范围在 1,530 nm 到 1,625 nm 之间）通常用于商业连接，因为它们最稳定，这意味着传输过程中丢失的数据量最少。但科学家们推测，有一天，巨大的流量将导致这两个频段拥塞，这意味着需要额外的传输频段来增加容量。

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S 波段与 C 波段相邻，占据 1,460 nm 至 1,530 nm 范围，已在商业上与其他两个波段结合使用，称为“波分复用”系统（ WDM），其中所有三个频段都用于达到更高的速度。

然而，科学家们以前从未能够模拟 E 波段连接，因为该区域的数据丢失率达到极高水平，大约是 C 波段和 L 波段区域传输丢失率的五倍。

具体来说，光纤电缆很容易暴露于羟基 (OH) 分子，这些分子可以通过制造或自然环境进入管道并破坏连接。 E波段被称为“水峰”波段，因为该区域的红外光吸收OH分子而导致极高的传输损耗。

稳定“水峰”频段的连接

在这项新研究中，科学家们构建了一个使稳定的 E 频段传输成为可能的系统。他们展示了使用 E 频段和相邻 S 频段成功且稳定的高速数据传输。

为了保持该电磁频谱区域的稳定连接，研究人员创建了两种新设备，称为“光放大器”和“光增益均衡器”。前者有助于远距离放大信号，而后者则监视每个波长通道并在需要时调整幅度。他们将它们部署在光纤电缆中，以确保红外光传输的数据不会出现通常困扰这些频段连接的不稳定和丢失。

“在过去的几年里，阿斯顿大学一直在开发在 E 波段运行的光学放大器，该波段在电磁频谱中与 C 波段相邻，但宽度大约是 C 波段的三倍，”Ian Phillips，英国阿斯顿大学电子与计算机工程教授，也是该项目的科学家之一。 “在我们的设备开发之前，没有人能够以受控方式正确模拟 E 频段通道。”

尽管 301 Tbps 的速度非常快，但近年来其他科学家已经利用光纤连接来展示更快的速度。例如，NICT 的一个团队于 2023 年 11 月创下了每秒 22.9 拍比特的世界纪录，比阿斯顿大学团队达到的速度快了 75 倍。他们使用 WDM 技术，但没有访问 E 波段波长。他们在 8 英里（13 公里）的距离上演示了这种高速连接。