在数字时代背景下，对于高速、大容量数据传输的需求日益增长，推动着光通信技术的不断创新与突破。近日，由日本国家信息通信技术研究院（NICT）与住友电工产业株式会社携手完成的世界首个利用标准包层直径19芯光纤实现超过1000公里的拍比特级光传输的实验，达到了1.02拍比特每秒的惊人传输速率，并成功实现了1808公里的长距离传输，刷新了全球容量距离乘积的纪录。这一成绩不仅标志着光通信技术重大飞跃，也为未来构建超大容量光网络奠定了坚实基础。 此次实验采用的19芯光纤设计具有标准0.125毫米包层直径，这一尺寸与现有光纤基础设施完全兼容，为实际应用提供了便利。在传统单芯单模光纤传输中，容量存在一定瓶颈，约为250太比特每秒，而通过多核光纤技术，多个光路径能够整合于同一根光纤中，极大提升了传输能力。19芯光纤则相当于集成了19根标准光纤，是光纤多核技术进化的重要体现。
但密集排列的多芯光纤也面临交叉干扰和信号串扰的挑战，如何有效降损、保证信号质量一直是技术难点。 为了实现此次远距离高容量传输，住友电工着力优化了19芯光纤的核心结构与排列设计，使光纤在C波段和L波段均展现出极低的损耗特性。NICT研究团队则研发了能够同时放大19个芯信号的光学放大系统，并结合高效的数字信号处理技术——尤其是多输入多输出（MIMO）系统，通过算法抑制多芯间的干扰，确保高质量信号传递。这种随机耦合多核光纤与MIMO技术的结合，突破了以往多模光纤和非耦合多核光纤在传输距离和容量上的限制。 传输实验中，信号通过一个86.1公里长的19芯光纤回路循环传输21次，实现了总长1808公里的远距离传输。信号覆盖了C波段和L波段共180个波长通道，采用16QAM相位调制方式，确保高密度信息的有效编码与解读。
接收端同步接收19个芯的数据信号，利用先进的数字信号处理，成功消除了相互间的干扰，实现1.02拍比特每秒的总传输容量，相当于大约26倍于日本固定宽带用户在2024年11月的总下载流量。 不仅如此，此次试验的容量和距离乘积达到了惊人的1.86艾比特每秒·公里，比之前任何使用标准包层直径光纤的记录都高出许多。通过此次突破，研究团队展示了多核耦合光纤技术在未来构建连接大城市及跨区域长距离高速光网络中的巨大潜力。此外，这项技术的兼容性和低损耗优势使其具备良好的商业应用前景，将极大推动5G后及未来6G通信时代的信息基础设施升级。 过去十年中，光通信领域不断发展多种新型光纤与传输方案。多核光纤通过在单一光纤包层中集成多个光芯，可以有效提升单纤容量。
与此同时，多模光纤和耦合多核光纤则通过特定的数字信号处理方法来消除传输中的模式间或芯间干扰，实现更高效的信号恢复与传输。但这些多路信号的协同传输对光纤和放大器技术提出了极高要求，尤其是长期传输中的光学损耗管理、放大器性能以及数字解调处理算法的协同优化。 此次实验正是通过住友电工设计的低损耗19芯耦合光纤和NICT研制的多核心光放大器以及高效MIMO数字处理技术完美结合，在实际长距离测试环境下展示了这一前沿技术的可行性。研究人员表示，为了确保长距离传输质量，光放大器被设计为独立放大C波段和L波段信号，结合灵活的通道滤波控制，有效平衡不同波长间的信号强度差异，最大化信号整体传输效率。 技术细节中，采用了高速并行的接收电路，能够在接收端将19芯信号进行快速波长分离并转换为电信号，随后采用MIMO数字处理消除信号串扰，实现对多个光信号的准确解调。利用这种数字信号处理技术，使得虽然各核心信号在光纤内部存在随机耦合演化，但依然能够在接收端进行有效分离和恢复，大幅提高传输灵活性。
这一项研究不仅提升了光通信的容量极限，也为未来光网络架构设计带来新的思考。高密度多核光纤若能配合更高效的放大技术和灵活数字处理，将能够满足未来大规模数据中心互联、云计算海量数据传输以及智能城市数据汇聚的需求。尤其在国家级长距离光纤骨干网升级改造中，这项技术可望大幅缓解带宽瓶颈，显著提高网络承载能力与可靠性。 未来展望方面，团队将继续优化光学放大系统效率，提升MIMO信号处理算法，在降低功耗和提高处理速度方面发力。同时，扩展多核心光纤可用波长范围，提升单波长传输速度，也将加快技术向商业应用的转化。结合量子通信、集成光学器件等前沿技术，多核耦合光纤有望成为下一代宽带通信网络的核心载体。
此次成果已在2025年4月于美国旧金山举行的第48届国际光纤通信会议（OFC）上作为后期展示论文被广泛关注，获得业内专家高度评价。研究团队成员来自日本国立信息通信技术研究院、荷兰埃因霍温理工大学、意大利米兰理工大学、德国斯图加特大学及住友电工，体现了国际合作对突破技术瓶颈的重要促进作用。 总的来说，随着数字化转型和数据量爆发式增长，突破光纤容量和距离的限制成为通信领域的关键挑战之一。NICT与住友电工通过创新设计以及系统建设，实现了1.02拍比特每秒、1808公里的世界纪录传输，开启了光通信新时代。未来，随着技术持续优化和产业链协同推进，基于标准包层直径多核耦合光纤的超高速长距离传输必将成为推动全球信息基础设施升级的核心力量，助力社会迈入更加智能互联的数字未来。
