热点技术名词——“多芯少模光纤”

今日一起学习技术名词：

多芯少模（Multi-core Few-mode Fiber，MC-FMF）—— 光纤通信传输媒介。

Q ：什么是多芯少模光纤

A ：多芯少模光纤（Multi-core Few-mode Fiber，MC-FMF）是一种特殊的光纤类型，它结合了少模光纤（Few-mode Fiber，FMF）和多芯光纤（Multi-core Fiber，MCF）的特性，可以在同一光纤中同时实现模分复用和纤芯空分复用，有望成为新一代光纤通信系统中的核心传输媒介，是未来光通讯技术发展的主要研究方向之一。 

Q ：为什么需要多芯少模光纤

A：随着互联网、云计算、大数据等技术的快速发展，全球数据流量呈现爆炸性增长。传统的单模光纤虽然已经非常成熟，但其容量已逐渐接近其物理极限。为了满足日益增长的通信需求，需要探索新的解决方案来提高光纤通信系统的容量。

在各种突破单模光纤理论极限的新型传输技术中，多芯少模技术有望从根本上避开单芯光纤的容量瓶颈，是未来光纤通信的主要演进方向之一，预计未来最先可能在超大容量数据中心短距互连场景中找到落地点。

Q：多芯少模光纤的相关概念

A：介绍纤芯和模式的概念。

 

纤芯

纤芯是光纤最核心的组成部分，它是高折射率的玻璃芯，负责光信号的传输。此外，光纤中间为低折射率硅玻璃包层，最外是加强用的树脂涂层。 

模式

在光纤通信领域，“模式”用于描述光信号在纤芯内的传播方式，即模式是光的传播路径。

光纤模式的产生和传递是基于光纤的全反射特性，射入光纤的光线被芯层和包层之间的折射率差引导，在光纤中反复反射。如果纤芯直径足够小，光线只能沿着中心轴线传播（基模），如果纤芯直径较大，光纤则可以沿着不同的路径传播（多模），每个模式都有不同的光程和光程差。

因此，单模光纤中，光沿着一条路径传播；而在多模光纤中，光在多条路径中传播。

 

Q：各类光纤类型优缺点

A：这里主要介绍单模光纤、多模光纤、少模光纤、多芯光纤、多芯少模光纤。

 

单模光纤（Single-mode Fiber，SMF）

一种在给定的工作波长上只传输单一基模的光纤，芯径较小，通常在8-10微米之间。

相比多模光纤，色散较小、衰减低、抗干扰能力强，广泛应用于大容量长距离传输，如骨干、城域、数据中心互联等。

多模光纤（Multi-mode Fiber，MMF）

一种允许光信号以多个模式进行传输的光纤，芯径较大，通常在50-100微米之间。

相比单模光纤，色散更为明显，传输距离较短（一般不超过2公里），信号传输速度也较慢（一般在Gbps级别），主要应用于短距数据传输，如办公室局域网、数据中心等。

少模光纤（Few-mode Fiber, FMF）

一种纤芯面积足够大、足以利用几个独立的空间模式传输并行数据流的光纤。

相比于多模光纤，少模光纤的模式串扰和色散程度要明显降低，其各个模式均可以作为一个有效的信号通道进行信号传输，大大提高系统容量，解决未来单模光纤的带宽危机。

其缺点是随着传输模式数的增加，传输模式的复用和解复用会变得十分复杂，也因其较大的模场直径，导致传输距离受到限制。

多芯光纤（Multi-core Fiber，MCF）

一种在单一光纤包层内包含多个独立纤芯的光纤。每个芯都是单模，可以同时传输多个独立的光信号，适用于构建高容量、高速率的传输网络。

相比单模光纤，其缺点是因纤芯间距较近，纤芯间信号可能相互干扰。

此外，由于纤芯数量的增加，光纤的包层厚度可能会相对降低，这导致光纤的限制损耗和弯曲损耗增加，进一步影响信号的传输距离和质量。如如何降低不同纤芯之间的串扰、如何提高光纤的弯曲性能等，这些技术挑战都有待持续的研究和克服。

多芯少模光纤（Multi-core Few-mode Fiber，MC-FMF）

多芯少模光纤克服了FMF和MCF的局限性，将FMF的模分复用和MCF的空分复用相结合，在一个光纤包层里放置多根纤芯，每根纤芯可以同时传输多个模式，将单光纤容量提升20~100倍，实现Pbit级单纤超大容量，同时降低敷设光缆的次数和费用。

因此，MC-FMF具备构建超大容量、超高频谱效率和灵活扩展光网络等特点，是后续光纤传输系统重要技术研究方案之一。 

 

Q：多芯少模光纤有哪些应用场景

A：多芯少模光纤的应用场景主要集中在对传输容量和效率要求较高的领域，包括高速数据传输、大容量通信、数据中心互联等，可以提高光纤带宽和传输速度，满足高清视频、大数据和云计算应用需求。 

Q：多芯少模光纤业界应用进展

A：近年来，基于多芯少模光纤的超大容量光通信技术被广泛关注，全球各国都在积极开展多芯少模技术研究。 

国际方面： 

 

2023年，日本在世界光通信大会(OFC)上报道了基于38芯3模的多芯少模光纤实验，实现了22.9Pbps光传输系统。 

 

国内方面： 

 

2023年，中国信息通信科技集团实现了总传输容量4.1Pbps、净传输容量3.61Pbps的单模19芯光纤传输系统实验。

2023年，中兴通讯联合运营商完成采用弱耦合纤芯结构的少模光纤实验室测试。

2024年，中兴通讯携手山东移动完成基于现网多芯光纤的C+L波段超400G OTN传输系统验证。该验证为全球首次四芯和七芯光纤同缆现网验证，实现了单纤最大448T传输带宽，证明了单波400G/800G速率在多芯光纤中传输的可行性。

 

尽管国内外针对空分复用光通信的研究如火如荼，但由于多芯少模光纤的标准化尚不明确，现场示范和工程验证不足，该技术仍有诸多问题待解决，距离商用部署还有较长的路要走。