38芯3模光纤
撰稿人 | Maikesiwei Yao
论文题目 | 38芯3模光纤中实现10.66 Pb/s的传输
作者 | Georg Rademacher,et al
论文概述
空分复用技术利用光纤的空间和模式维度来增加光纤通信系统的传输容量，一直被科研人员视为解决当前通信系统传输的容量瓶颈的绝佳选择。
来自日本国家信息和通信技术研究所的Georg Rademacher等人利用38芯3模光纤，结合了空分复用技术（SDM）和波分复用技术(WDM)，在C+L波段实现了24.5GBaud的64-QAM和256-QAM的传输，聚合数据速率达到了10.66Pb/s。单个空间信道速率达到了93.5Tb/s，距离现有单模光纤传输纪录不到10%。相关研究成果以题目“10.66 Peta-Bit/s Transmission over a 38-Core-Three-Mode Fiber”于2020年3月发表在美国光纤通信会议（Optical Fiber Communication 2020）上,被评为所在专题的Top-Scored。
研究背景
相比于现有通信系统中的单模光纤而言，空分复用光纤在同一个光纤包层内存有着多个空间传输信道，理所当然会有着比单模光纤更高的传输容量。但就单个信道而言，由于单模光纤采取了高频谱效率的高阶调制格式，其单信道的传输速率是高于空分复用光纤的。因此，比较二者单个信道的传输速率快慢和证明空分复用光纤同样能兼容高阶调制格式对空分复用技术应用而言，就有较大的意义。
技术突破
图1 38芯3模光纤C+L波段传输实验
图1为传输实验框图。实验采用间隔为25GHz，带宽超过100nm的光频梳作为光源。采样速率为40G的4通道AWG提供双偏振64-QAM和256-QAM的信号。WDM的信号被分为三路，进行光学去相关来模拟每个空间信道中的独立数据流。3路信号通过3D波导型模式复用器进行复用，其少模输出端随后通过自由空间芯复用器来和38芯3模光纤相连，进行纤芯复用。信号经过纤芯和模式解复用之后，通过3个相干接收机与线宽为100kHz的本征振荡器相混合，随后在12通道采样率为80G的数字存储示波器中数字化，最后利用抽头数为249的6x6时域MIMO均衡器来进行离线DSP处理。
图2 C+L波长下所有传输通道的数据速率
对38个纤芯的368个波长信道进行编码后，32个纤芯速率在279Tb/s到298Tb/之间，其余最低的速率也达到了185Tb/s。
观点评述
随着5G技术，物联网，智慧城市等新技术的不断发展，基于标准通信单模光纤的光纤通信传输系统容量已经准备逼近了线性香农极限，而进一步提高入纤功率又会因为其较小的光纤直径而产生严重的非线性效应。空分复用技术被认为是解决通信系统容量瓶颈的一剂良药，因此每年在OFC上都有专题报道，并且每年都会刷新光纤通信系统的传输容量纪录。本文利用38芯3模光纤，通过结合SDM技术和WDM技术，实现了破纪录的通信速率传输，工作严谨扎实。
但一味增加纤芯包层直径，是否真的可取呢？文章中使用的38芯3模光纤包层直径达到了312微米，其机械性能相比于单模光纤来说已经很差了，光纤直径达到一定程度就变得脆弱易碎，不易缠绕。另外，随着芯的数目增加，很难实现全光纤的芯复用/解复用器件，只能利用自由空间光学器件来完成芯的复用/解复用。而我们都知道，自由空间光学耦合对外界环境的要求，只能用苛刻二字来形容。
因此，依靠于大芯径多芯少模光纤，空分复用技术短时间内较难走向商业化。