4芯强耦合光纤
撰稿人 | Maikesiwei Yao
论文题目 |在125μm直径的4芯光纤内实现速率为0.596Pb/s的S,C,L波段传输
作者 | Benjamin J. Puttnam, et al
论文概述
空分复用技术中，在标准通信单模直径（125μm）下来实现超大容量的传输一直也是该项技术的研究侧重点。来自日本国家信息和通信技术研究所的Benjamin J. Puttnam等人利用包层直径为125μm的4芯强耦合光纤，结合了空分复用技术（SDM）和波分复用技术(WDM)，通过一个带宽扩展的光频梳光源在S与C+L波段实现了24.5GBaud的偏振复用16-QAM和偏振复用256-QAM的传输，聚合吞吐量达到了596.Tb/s。单个空间信道吞吐量达到了149.1Tb/s，距离现有单模光纤传输纪录不到1%。相关研究成果以题目“0.596 Pb/s S, C, L-Band Transmission in a 125µm Diameter 4-core Fiber Using a Single Wideband Comb Source”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
空分复用技术里，使用大芯径的多芯少模光纤来提高空分复用的密度，进而大幅度提高系统的传输容量一直是该技术的研究重点。但是，随着芯径的增加，光纤的机械性能和制备成功率逐渐降低，熔接损耗和制作成本逐渐上升。更重要一点，无法直接兼容现有的基于单模光纤的通信系统。因此，在标准单模尺寸下，进行大容量传输，从而提供一条从现有系统向将来大容量传输系统转变的路径，就显得极为重要。
技术突破
图1 4芯强耦合光纤S,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120nm的光频梳作为光源。通过WDM耦合器和可调谐滤波器将光源分为S和C+L波段进行分别调制。S波段经过半导体光放大器（SOA）进行放大，C+L波段通过EDFA进行放大。随后经过采样速率为49G的四通道AWG进行信号调制，S波段信道调制加载上偏振复用16QAM的信号并经过掺铥光纤放大器（TDFA）进行放大，C+L波段信道则调制加载上256QAM信号进行传输并经过EDFA进行放大。信号最后由采样速率为80G的实时示波器进行采集，利用总抽头数为114的时域2x2MIMO均衡器进行离线DSP处理。
图2 4芯强耦合光纤传输速率
观点评述
在光纤通信领域当中，科研人员根据光的物理本质，相继提出了频分复用，波分复用，偏振复用，相位正交复用和空分复用等技术。为了追求更大的传输容量和更高的传输速率，各种技术往往不是独立存在，而是相互交融，共同提升了通信系统的性能。
相比于上一篇文章，本文在标准单模光纤尺寸（125μm）下，通过扩展波分复用的波长带宽，而不是追求更大空分复用密度，获得了更高的单信道通信传输速率。此外，本文中的强耦合多芯光纤可以利用全光纤耦合器来完成纤芯的复用/解复用，提供了更稳定和更低损耗的连接。
就短期内的商业应用前景而言，无疑更甚一筹。扩展更宽的波长，相比于从前简单的增加纤芯数目而言，带来了关于系统中光源和链路中器件的新的研究内容，给之前乏味的空分复用研究带来了一丝丝新鲜的空气。
