隨著高速通信標(biāo)準(zhǔn)“5G”的登場(chǎng)和遠(yuǎn)程辦公的普及，全球的通信量持續(xù)增長(zhǎng)，2020年代之內(nèi)光纖（optical fiber）通信網(wǎng)陷入容量不足的風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)出現(xiàn)。此前通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有光纖或增加纜線數(shù)量加以應(yīng)對(duì)，但已接近本身性能和設(shè)置空間的極限。因此，不僅是通信標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)光纖本身通信量飛躍式增加的研究也成為當(dāng)務(wù)之急。

日本“情報(bào)通信研究機(jī)構(gòu)”（NICT，日本總務(wù)省的下屬機(jī)構(gòu)，日語(yǔ)的“情報(bào)”是“信息”之意）的光子網(wǎng)絡(luò)（photonic network）系統(tǒng)研究室長(zhǎng)古川英昭指出“如果通信量持續(xù)增加，2020年代內(nèi)將超過(guò)現(xiàn)行光纖的極限”，對(duì)相關(guān)狀況敲響了警鐘。據(jù)日本總務(wù)省統(tǒng)計(jì)，日本國(guó)內(nèi)的通信量在10年里增至10倍以上。

原因是使用智能手機(jī)和個(gè)人電腦的機(jī)會(huì)的增加。隨著這些終端產(chǎn)品的性能提高，視頻也成為人們相互傳送的對(duì)象。傳送信息時(shí)，攜帶信息的數(shù)字信號(hào)將轉(zhuǎn)變?yōu)楣?a target="_blank">信號(hào)，通過(guò)光纖線纜傳輸。光纖以海底光纜的形式遍布全世界，成為與世界交流的不可或缺的存在?？梢哉f(shuō)，光纖是支撐現(xiàn)代社會(huì)的“幕后英雄”。

此前通過(guò)增加每根光纖的傳輸容量來(lái)應(yīng)對(duì)通信量的增加。2005年的傳輸容量為每根每秒1萬(wàn)億比特，但現(xiàn)在已達(dá)到十?dāng)?shù)萬(wàn)億比特。

不過(guò)，現(xiàn)行的光纖只能將傳輸容量提高至100萬(wàn)億比特。如果傳輸更多的信息，用于通信的激光將過(guò)強(qiáng)，存在光纖熔化的風(fēng)險(xiǎn)。如果威脅變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，通信將停滯，將對(duì)業(yè)務(wù)高效化和勞動(dòng)方式改革造成影響。

日本“電子情報(bào)技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)”的預(yù)測(cè)顯示，全球通信量預(yù)計(jì)在截至2030年的10年里增至15倍，今后將持續(xù)增加。為了解決這一問(wèn)題，日本國(guó)內(nèi)外的光纖企業(yè)推進(jìn)開(kāi)發(fā)的是稱(chēng)為“Multi core（多核）”的新一代光纖。

此前的光纖只有一條被稱(chēng)為“Core（纖芯）”的光信號(hào)通道，但多核光纖將具有3～4根纖芯。就像隨著道路的車(chē)道數(shù)增加、能行駛的車(chē)輛數(shù)也將增加一樣，如果光信號(hào)的通道變多，傳輸容量也將增至數(shù)倍。

另外，要準(zhǔn)確傳輸光信號(hào)，有必要避免其他信號(hào)的干擾，但一根光纖的直徑只有0.125毫米，跟頭發(fā)的粗細(xì)差不多。因此，纖芯之間的間隔只有0.05毫米左右，與從相鄰纖芯泄露的光信號(hào)產(chǎn)生干擾成為此前的課題。

解決方法之一是在纖芯周?chē)黾幼鳛椴牧系牡驼凵渎什Ａ樱苊庀蛑車(chē)孤?。通過(guò)在玻璃里加入氟，僅降低周邊部位的折射率，讓光信號(hào)留在纖芯。

日本情報(bào)通信研究機(jī)構(gòu)于3月實(shí)施了采用具有4根纖芯的光纖的傳輸試驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)每秒610萬(wàn)億比特的傳輸。在現(xiàn)在同等粗細(xì)的光纖的傳輸容量方面，創(chuàng)下了世界記錄。這樣的話，即使纖芯為多個(gè)，光纖的粗細(xì)也不會(huì)改變。

多核光纖可以和現(xiàn)有的光纖并用，因此被認(rèn)為將逐步加以取代。

日本住友電氣工業(yè)2019年在世界范圍內(nèi)首次在意大利鋪設(shè)了多核光纖，日本情報(bào)通信研究機(jī)構(gòu)對(duì)相關(guān)性能給予積極評(píng)價(jià)。按日本“電子情報(bào)通信學(xué)會(huì)”的設(shè)想，自2025年前后起，具有4根纖芯的光纖將開(kāi)始在10公里以下的短距離通信網(wǎng)使用。預(yù)計(jì)自2030年前后應(yīng)用于海底光纜。

要進(jìn)一步提高每根光纖的性能，還具有開(kāi)發(fā)使纖芯加粗、讓光信號(hào)在1根纖芯中穿過(guò)多個(gè)通道的“Multimode（多模）”光纖這一途經(jīng)。與多核結(jié)合的實(shí)用化被認(rèn)為將等到2030年代后半期。

在新一代光纖領(lǐng)域，日本企業(yè)的研究開(kāi)發(fā)走在前頭。負(fù)責(zé)專(zhuān)利相關(guān)事務(wù)的日本特許廳2018年發(fā)布的報(bào)告顯示，在光纖的多核領(lǐng)域，在世界上已申請(qǐng)的專(zhuān)利件數(shù)的前4家企業(yè)為藤倉(cāng)、住友電工、NTT和古河電氣工業(yè)，被日本企業(yè)獨(dú)占。在多模領(lǐng)域，第2～4位也由NTT、住友電工和藤倉(cāng)等日企壟斷。藤倉(cāng)計(jì)劃在2020年代中期之前實(shí)現(xiàn)多核光纖的商用化。

當(dāng)然，日本以外的企業(yè)也在推進(jìn)新一代光纖的開(kāi)發(fā)。美國(guó)特殊玻璃廠商康寧（corning）在多模光纖專(zhuān)利件數(shù)上居第1位，在多核領(lǐng)域也成功實(shí)現(xiàn)大容量傳輸。意大利的普睿司曼集團(tuán)（Prysmian Group）也具有新一代光纖的研究成績(jī)。與智能手機(jī)和基站等同樣，光纖的全球競(jìng)爭(zhēng)也可能日趨激烈。
責(zé)任編輯:tzh