空分復用光纖技術(shù)突破：不同類型多芯光纖之間可實現(xiàn)無縫光互連

近日，復旦大學信息科學與工程學院肖力敏課題組在多芯光纖熔接技術(shù)研究中取得重要突破——制備出各項性能優(yōu)異的多芯光纖芯間距轉(zhuǎn)換器，在國際上首次實現(xiàn)了異種多芯光纖之間低損耗且低串擾的熔接。維科網(wǎng)光通訊致以賀電。

光纖通信傳輸?shù)谋厝话l(fā)展趨勢

當下，云計算、高清視頻、物聯(lián)網(wǎng)以及5G通信系統(tǒng)等業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，全球網(wǎng)絡(luò)流量急劇增加。而普通單芯單模光纖傳輸受限于香農(nóng)極限，在未來數(shù)年內(nèi)，光網(wǎng)絡(luò)增長乏力與市場高帶寬需求的矛盾日益尖銳，成為光通信業(yè)界亟待解決的重要問題。

為了解決未來光通信擴容難題，業(yè)界公認的提升單纖容量的技術(shù)方案是采用空分復用技術(shù)，多芯光纖、多模光纖或多芯多模光纖是光纖通信傳輸?shù)谋厝话l(fā)展趨勢。

多芯光纖能夠高效提升光纖空間密度，在海外已經(jīng)得到互聯(lián)網(wǎng)巨頭的搶先應(yīng)用。

為搶占通信市場，擴大光纖的傳輸頻帶，早在2018年，F(xiàn)acebook 和谷歌就押注了增加電纜中的光纖數(shù)量的辦法。

如谷歌于1月份投入使用的杜南（Dunant）電纜，擁有 12 對光纖，總?cè)萘繛?250 Tbit／s 。而其在大西洋正在建設(shè)中的兩個網(wǎng)絡(luò)有更是用上 16對光纖，預計可實現(xiàn) 350 至 370 Tbit／s 的滿容量。

而最近，在10月份中，F(xiàn)acebook 委托 NEC 公司建造世界上容量最高的海底電纜——新跨大西洋電纜，采用的光纖為 24 對，建成后，它將在世界上最繁忙的數(shù)據(jù)高速公路——在北美和歐洲之間實現(xiàn)創(chuàng)紀錄的每秒 500 TB（約 4000 張藍光光盤數(shù)據(jù)）的傳輸總?cè)萘俊?/p>

差不在同個時間里，由美國國家信息和通信技術(shù)研究所 （NICT） 的 Benjamin J． Puttnam 領(lǐng)導的一個研究小組報告說，其團隊使用外徑為 0．125 毫米的 4 芯光纖傳輸數(shù)據(jù)，通過結(jié)合各種放大器技術(shù)，構(gòu)建了一個利用 WDM 技術(shù)優(yōu)勢的傳輸系統(tǒng)，創(chuàng)造了通過標準包層直徑光纖傳輸數(shù)據(jù)的記錄：在最遠 3001 公里的距離內(nèi)讓每個信道實現(xiàn) 319 Tbit／s 的數(shù)據(jù)速率的傳輸吞吐量。

更多的應(yīng)用也陸續(xù)在報道中。

多芯光纖芯間距轉(zhuǎn)換器釋放應(yīng)用新潛能

與傳統(tǒng)的單芯光纖相比，多芯光纖（Multicore fiber， 簡稱MCF）中的多個纖芯共享同一包層，這種高密度、多通道結(jié)構(gòu)具有生產(chǎn)成本低、節(jié)省空間、傳輸容量高等優(yōu)點，因此，多芯光纖在空分復用光通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心連接、芯片間通信、下一代光纖放大器、光傳感、量子技術(shù)等方面都具有極其重要的應(yīng)用價值。

對新型多芯光纖技術(shù)的研究是解決未來通信擴容難題的研究重點之一。

但，截至目前，國際上對多芯光纖的設(shè)計仍未有統(tǒng)一標準，各高科技公司在制造多芯光纖時在纖芯數(shù)量、纖芯排列、纖芯大小、芯間距、折射率分布等方面各不相同，這為不同類型多芯光纖之間的熔接增加了難度。

如，F(xiàn)iberHome Fujikura Optic Technology Co． Ltd 等公司需要需要熔接異種多芯光纖來建立一個長距離多芯光纖傳輸系統(tǒng)。而有限的多芯光纖扇入扇出器件卻可能與傳輸系統(tǒng)中使用的多芯光纖并不匹配。

“低損耗光纖熔接技術(shù)是光纖器件與系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在學術(shù)研究上，僅報道了同種多芯光纖熔接的進展，但不同類型多芯光纖熔接這一技術(shù)瓶頸問題仍然沒有解決，國外有研究者甚至認為不同類型多芯光纖熔接幾乎不可能實現(xiàn)，這嚴重阻礙該領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用?！毙ちγ粽f。

建立一個龐大的多芯光纖多通道復用系統(tǒng)，熔接異種，尤其是芯間距不同的多芯光纖，是當下不可再回避的技術(shù)瓶頸問題。

為攻克多芯光纖技術(shù)的發(fā)展帶來的這一技術(shù)難題，復旦大學信息科學與工程學院肖力敏課題組經(jīng)過潛心研究，終于在多芯光纖熔接技術(shù)方面取得了國際上新突破——制備出各項性能優(yōu)異的多芯光纖芯間距轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)了異種多芯光纖之間低損耗且低串擾的熔接。

肖力敏課題組提出了多芯光纖拉錐技術(shù)（圖2），包括正向拉錐與反向拉錐兩種技術(shù)，均可以用來調(diào)整多芯光纖芯間距并同時調(diào)控多纖芯的模式特性。

基于多芯光纖反向拉錐這項技術(shù)，通過匹配異種多芯光纖的芯間距和模場直徑，肖力敏課題組可為兩種芯間距不匹配的多芯光纖精準制備低損耗、低串擾的芯間距轉(zhuǎn)換器。

對于兩種結(jié)構(gòu)不同、芯間距相差26 μm的多芯光纖（圖3（a， b）），肖力敏課題組制備的芯間距轉(zhuǎn)換器可實現(xiàn)損耗低至0．18 dB、串擾低至－68 dB。

對于結(jié)同、芯間距略有不同的多芯光纖（圖3（b， c）），芯間距轉(zhuǎn)換器損耗低至0．17 dB、串擾低至－66 dB。