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世界电信日 | 北邮!跑出信息高速公路的“光速度”!
时间:2022.05.23

  

半个多世纪以前

国际电信联盟

设立了世界电信日

自2006年起

每年的5月17日成为

世界电信与信息社会日

旨在使公众了解互联网

和其他信息通信技术


今天

让我们把目光转向

北邮的一所实验室

走进光通信领域

一起感受“光速度”~



世界电信日到来前夕,北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室副主任、电子工程学院执行院长张杰教授,做客中央电视台科教频道《透视新科技》栏目,畅谈“光通信”那些事!


提起光通信,也许你并不了解,但如果说到线上办公、线上学习,你是不是不陌生?如今由于疫情等原因,人们越来越多地依托于视频会议的形式办公,越来越多地通过网课进行学习,越来越多地借助数字化场景实现智慧医疗,而这些新的应用场景都在利用光纤通信传输技术


光纤通信是利用光波作载波,以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式,被称之为“有线”光通信。光纤即为光导纤维的简称,光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小,而远优于电缆、微波通信的传输,已成为世界通信中主要传输方式。


信息光子学与光通信国家重点实验室(以下简称“光国重”)是在光信息科学与技术领域主要从事应用基础研究的科技创新和人才培养基地。实验室聚焦国家重大战略需求,设立“信息光子学相关基础研究”、“新型光子学材料与器件”、“先进光通信系统与光子网络”、“光电融合关键技术”主要研究方向,在信息光子学基础理论研究、信息功能材料与器件突破、光通信系统与网络技术创新三个层面上纵向贯通、互相促进。

近五年来,北京邮电大学充分发挥光国重在光信息领域的基础和优势,组织承担国家级重大重点科研任务数十项,研究成果获得国家级科技奖励5项。


低维集成量子光电子学材料器件创新与相关原创性理论


面向国家在通信、信息与能源等领域重大需求,实验室在诺奖得主阿尔费罗夫院士指导下,在低维异质结构与硅基集成光子学方向上开展了系统的研究工作,在异质异维复合等新型半导体低维结构、新型纳异质结构光子学器件、基于腔点结构的量子调控新机制、基于无偏角硅衬底的直接外延Ⅲ-Ⅴ族半导体激光器等方面取得若干突破,特别是提出了分数维度晶体电子态系与弥散能态半导体物理学原创性理论,进而还提出了更为基础的弥聚子论,解决了若干重要的前沿科学问题

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任晓敏教授在讲授具有原创性的弥散能态半导体物理学理论和弥聚子论



面向万物感知互联的光电融合技术


信息感知互联是人机物全空间、全时间覆盖的核心。光国重组织科研力量针对信息感知互联所面临的大数据、大带宽、多维度等难题,以光电融合为目标,率先发展了采传算一体融合等新概念,研制的低噪声光电平衡探测器实现在轨运行,首次构建了面向多频段多制式光纤无线融合系统应用的软件定义宽带通用射频光前端系统并应用于天地一体化通信演示验证系统,研制出了毫秒级采集和百毫秒级重建的超高速高光谱图像采集系统并用于文化计算领域。

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(a)

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(b)

(a)徐坤教授团队首次发现光学微腔中受激光折变散射现象;(b)徐坤教授团队研制的高光谱采集设备应用于文化计算



特殊环境下光纤光缆高性能高可靠技术


实验室长期致力于高可靠性动光缆制备与检测核心技术攻关,为我国重特大工程实施提供了关键支撑与保障,研究成果支撑了全球最大口径500米球面射电望远镜——中国天眼(FAST)工程,以及阿里与藏中电网联网工程

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中国天眼(FAST)工程


·低损耗动光缆设计方法研发

搭建了动光缆仿真实验系统,弥补了动光缆设计领域技术空白。

·高可靠动光缆制备与检测装置研发

突破了光缆机械动态性能检测关键技术,研制了高可靠动光缆制备与检测装置,动态实验次数从6.6万次提高到了10万次。

林中教授、黄善国教授等提出了现场环境下快速鉴别超低损耗光纤的方法,解决了高海拔条件下普通光纤与超低损耗光纤相互熔接的工程技术难题。研制了适用于高海拔地区光纤传输网的多故障、高可靠模拟系统,助力藏中联网和阿里联网国家电网重大工程的顺利实施,有力支撑了上述工程高海拔地区电网近3年以来的业务无中断安全运行

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林中、黄善国教授团队提出高海拔地区超低损光纤快速鉴别方法与高可靠光缆网模拟技术

面对扑面而来的数字经济浪潮, 5G如同“信息高速公路”,为庞大数据量和信息量的传递提供了高速传输信道,光通信系统与网络作为数字新基建的承载底座,在提供高品质联接和超强运力方面发挥了不可或缺的关键作用。今年,我国“东数西算”工程正式全面启动,八大枢纽节点以及十个数据中心集群之间的互联,离不开光网络提供的基础支撑。在服务国家重大战略需求,聚焦光通信领域技术研发方面,光国重使命在肩,责无旁贷。


数字新基建

关键承载底座



从光通信源头创新到技术突破,助力宽带网基础设施“双效”提升


光通信和光网络是国家核心基础设施,是网络强国、宽带中国、数字基建国家战略的核心关键。光国重的多个研究团队围绕宽带光接入、高速光传输、灵活光交换、智能光联网等开展系统性的研究工作,提出了多维复用超高速光通信“器件-系统-网络”思想,解决了超高速超长距离色散及大跨段损伤补偿、大带宽精细化统一智能管控及灵活组网等难题。通过校企合作打破技术封锁,研制了实时单通道T比特光传输系统。提出的全光业务网架构、轻量化管控协议等多项亮点成果,为全球新一代固定网络(F5G)的发展作出了原创性贡献。实现了从光通信源头创新到技术突破,为宽带网基础设施带宽效率和管控效率“双效”提升奠定了理论技术基础。

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纪越峰、忻向军、张杰、伍剑等教授团队长期致力于光通信系统与网络技术创新


融合新动能

光纤无线融合



微波光波融合:射频集成与智能光载无线技术


光国重组织科研力量针对无线系统面临的多制式、多频段、高集成难题,在国际上率先发展了一路多频、多功能融合微波射频器件新概念,创建了微波电路理论与射频集成电路技术的独特交叉连接。在微波光波相互作用下的宽带转换机理、微波信号光域处理的精细调控方法以及微波光波分布式环境下的灵活协同机制方面取得了重要成果,推动了智能光载无线技术的创新发展。

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基于多功能融合概念的微波射频器件设计及对应的芯片化实现

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开展微波光波融合方案的创新研究



通信导航融合:“5G+北斗”高精度定位解决方案


光国重有关科研团队首创了通信导航深度融合理论技术,提出了5G共频带定位理论方法,突破了5G网络高精度定位技术的国际难题,创立了广域无线通信网高精度定位理论方法与技术体系,率先解决了卫星导航最后一公里服务重大瓶颈,形成了首个5G定位国际标准,研制了全球首款“5G+北斗”定位芯片,在化工、医院等开展了示范应用。

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邓中亮教授团队率先解决了“5G+北斗/GNSS”室内外高精度定位国际难题


品质新要求

光纤安全传输



连续变量量子保密通信


量子保密通信是保障信息安全的重要手段,连续变量量子保密通信具有高实际安全性、高可靠性和低成本等特点,是国际上新一代量子保密通信的重要发展方向。实验室光量子信息科研团队通过在随机量子态制备、实际环境下量子态传输、极微弱量子态探测、高协调效率密钥后处理和后选择等一系列关键理论与技术的突破和创新,多次创造连续变量量子保密通信的世界纪录

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喻松教授团队突破了连续变量量子保密通信系统实验室传输世界纪录(2020年)



量子密钥分发组网


实验室率先在国际上提出软件定义量子密钥分发网络(SD-QKDN)体系架构,将量子密钥分发从“点到点”扩展为“多点互联”。参与建立了量子网络国际标准体系,推动了国际电信联盟ITU-T“面向网络的量子信息技术焦点组(FG-QIT4N)”成立。目前已牵头制定ITU-T国际标准6项,内容覆盖网络管控架构、互通机制与需求、生存性技术、机器学习技术等,为推动量子通信产业化应用发展提供了重要技术支撑

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赵永利教授团队提出的软件定义量子密钥分发网络(SD-QKDN)架构



内生安全光纤通信


针对光网络物理层安全挑战,实验室有关科研团队综合运用信息论、通信原理和现代密码学等理论与方法,从探索光纤传输信道中信号与噪声的关系出发,研究光通信的内生安全新机理和新技术,建立了“三区耦合、两路简并”微元光通信内生安全模型,揭示了光网络物理层通信与安全能力内在的转化规律,形成了基于微元抵噪传输的技术方案,实现了物理层内生安全的原创性突破

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张杰教授团队提出的内生安全光纤通信方案

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内生安全光纤通信系统参加全国科技活动周


智慧新生活

裸眼3D光场显示



高性能裸眼三维光显示系统及应用


针对现有真三维光场显示方案普遍存在分辨率、视场角以及显示深度之间的相互制约问题,实验室科研团队建立了模拟真3D场景慢散射光场分布模型,实现了离屏空间悬浮裸眼3D显示,突破了离屏深度、观看视角、悬浮图像空间分辨率之间的制约关系,清晰悬浮可交互3D图像的离屏深度达到90cm。

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桑新柱教授应邀参加中国科幻大会(CCTV1报道)

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“师说芯语”活动与学生面对面交流


中航红外研制出1280×1024(25μm)InSb焦平面探...
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