多措并举 确保铁路沿线光电缆稳定

中新网黑龙江新闻7月4日电(张旭)“主任，有村民在乌努耳站至西岭口站的区间电缆径路上堆放大量畜牧草料，需要紧急派车前往制止。”7月3日正午时分，中国铁路哈尔滨局集团有限公司海拉尔电务段牙克石信号车间管控班职工赵西强在视频监控中发现附近村民在管内铁路线路旁光电缆径路上置放大量草料，极易引起因火灾造成铁路光电缆烧伤烧断危及旅客列车行车安全的风险。为此，该信号车间立即组织人员前往涉事地段，联合当地村委会及时将草料搬运至安全地点，确保了管内铁路光电缆安全的稳定运用。

进入夏季以来，这个段持续开展路外环境整治工作，通过组织相关技术干部按包保计划，分别深入到阿扎线、牙林线、滨洲线各乡镇、村委会，逐村开展宣传教育，深入讲解烧荒、动土对铁路光电缆线路带来的严重危害性，并在各村微信群中对铁路光电缆的重要性进行解读。他们对光缆径路穿过村屯发放宣传单1500张；在危险处所光电缆径路附近悬挂“光电缆径路严禁挖沙取土”宣传条幅80幅。

为防止光电缆被外界损害，该段还在滨洲线运转室后面新增30个摄像头，消灭视频盲区。通过管控班每天浏览光电缆径路区域，及时发现车站、居民烧荒动土情况。管内各通信车间扶正光电缆径路上的警示牌、标桩201个，对护网外的光电缆径路不足25米的警示牌补设189个。他们还采取将明线路光缆垂度抬高、光缆预留盘重新盘留等方式，根治车辆、大型机械将光缆刮断碰伤等安全隐患。为实时动态掌握铁路沿线各村屯机械运用情况，该段逐屯对机械户主信息进行登记造册，定期电话沟通，并将各车间管控班联系方式留下，通过调查与24台钩机、16台铲车、2台钻孔机车主动建立联系。

同时，他们还向管内16个林业局发函，明确在铁路光电缆、铁路线路两侧50米范围内动土施工时，应提前与该段取得联系。在发函的第二天他们就接到了乌尔旗汉林业局要在铁路附近进行挖土作业的电话，当即安排牙克石通信车间与其对接，指明光电缆线路，保证铁路通信、信号光电缆线路安全。(完)

光芯片，用光突破计算瓶颈

芯片，又叫作集成电路，在指甲盖大小的空间中，能够包含数十亿的电子元件，形成了极其复杂的电路结构 。芯片被用于数据的处理、存储、控制、通信和感知等各个方面，计算机、手机、汽车等设备都依赖芯片来处理数据，执行算法和运行软件程序。面对各种各样的需求，人们制造出了数十万种芯片。

近期，由中国科学院上海微系统与信息技术研究所（上海微系统所）、瑞士洛桑联邦理工学院组成的合作团队在国际上另辟蹊径，在高性能光子芯片制备领域取得了突破性进展，研发了可批量制造的新型光子芯片 ，相关成果及论文发表在了著名国际期刊《自然》上。

微芯片示意。版权图库图片，转载使用可能引发版权纠纷

众多芯片中，光芯片大不一样

芯片依赖电子 在集成电路中的运行来实现各种复杂的功能，芯片内部存在非常多的导线供电子穿梭。光芯片则是利用光在集成光路中的传输来实现各种复杂的功能 ，光芯片主要由发光器件（产生光），光波导（引导光传播的装置）组成。

光芯片结构示意，条纹结构为光波导组成的光芯片单元。图片来源：VLC Photonics

光波导是光在从一种介质传播到另一种介质时偶尔会发生的全反射现象。比如，当光从水传播到空气时，只要光与介质分界面所成角度到达特定范围，就会发生全反射现象，利用该现象能够制成引导光波前进的结构就叫作光波导。

光线在玻璃当中不断全反射。图片来源：wikipedia

现有芯片的种类和功能已经很完善了，为什么还要用光子芯片来替代传统芯片呢？这是因为芯片的性能已经无法满足人们在高速通信和人工智能方面的需求。

光子芯片的特点

与传统芯片对比，光子芯片如同光纤通信线路对比传统的通信电缆。 光纤能够传输更多的数据量，一根光纤所传输的数据量相当于数十根传统信号电缆 。

光纤传输中的光信号能够在长距离传输时保持较高的质量，相比之下信号电缆需要消耗更多的能量，且信号质量也会下降。光子芯片在传输速度，能耗方面相比于传统的芯片也有很大的优势 。

1.速度快

光的传播速度是自然界中最快的，光在真空中每秒能够传播 299792.458 千。相比之下，电信号在电路中的传输速度大约是光速的三分之二到四分之三，随着电路温度的升高，速度还会下降。

中国网民用户数目多达 10.92 亿，互联网产生了各种软件，使用这些软件所产生的数据量是巨大的。海量数据被上传至软件公司建立的数据中心进行处理，数据中心由众多高性能计算机（又叫服务器）组成，服务器之间需要快速交换大量数据。

把服务器比作水缸，水缸间需要通信芯片作为“水管”，将水缸连接在一起，如果水管太细（通信芯片速度无法满足需求），那么水缸的水就无法及时流入或排出，个别水缸水溢出时，也就发生了服务器崩溃（软件没法用了）。光芯片的出现，能够使得服务器之间以及数据中心与外界进行快速的数据交换。

光通信芯片及其结构显微图。图片来源：参考文献 2

2.能耗低

传统芯片进行运算时，电子在电路中运动会产热，高性能运算芯片的耗电量非常高，目前是制约芯片算力的主要原因。芯片的功耗增加一百倍，性能只能提高十倍，大部分的能量都被用于驱动散热部件。为了散热，有的公司甚至将他们的数据中心建在了海底，利于海水冷却电子设备。

被打捞出来检修的水下数据中心。图片来源：microsoft

当前，训练人工智能大模型也面临着芯片性能和电力消耗的制约，为了解决这一问题，当前有两种思路。 一是光芯片与传统芯片的混合集成，传统芯片作为单个的计算单元，光芯片负责计算单元之间的高速通信桥梁，建立集群运算，有效提高运算速度，同时功耗的增加也在可接受范围内。二是设计制造光计算芯片，突破传统的微电子处理器芯片性能瓶颈。

结语

总而言之，光芯片作为继传统微电子芯片后，信息技术的又一重要支撑，光子芯片在功耗，速度，尺寸等方面都极具潜力 。

从华人科学家、光纤之父高锟在 1966 年提出光纤用于长距离通信的理念，到 1970 年代末光纤开始商业化推广，经历了二十余年，光纤的传输损耗也降低为最初的 1% 。同样地，光子芯片的实用化与商业化势在必行。

参考文献

[1] Wang C , Li Z , Riemensberger J ,et al.Lithium tantalate photonic integrated circuits for volume manufacturing[J].Nature, 2024, 629(8013):784-790.

[2] Meister S ,Bülent Franke, Eichler H J ,et al.Photonic Integrated Circuits for Optical Communication[J].Optik & Photonik, 2012, 7(2):59-62.

[3]S.O.Kasap.光电子学与光子学[专著] : 原理与实践 : Optoelectronics and photonics : principles and practices[M].电子工业出版社,2016.

策划制作

出品丨科普中国

作者丨海里的咸鱼 中国科学院长春光机所光学硕士

监制丨中国科普博览

责编丨何通

审校丨徐来、林林

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