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光纖通信傳輸?shù)谋厝话l(fā)展趨勢

目前，隨著云計(jì)算、高清視頻、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，全球網(wǎng)絡(luò)流量急劇增加。普通單芯單模光纖的傳輸受到香農(nóng)極限的限制。未來幾年，光網(wǎng)絡(luò)增長乏力與市場高帶寬需求之間的矛盾將日益突出，成為光通信行業(yè)亟待解決的重要問題。為了解決未來光通信擴(kuò)容問題，業(yè)界公認(rèn)的提高單纖容量的技術(shù)方案是采用空分復(fù)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趨勢的必然發(fā)展。

圖1． 單根光纖傳輸

多芯光纖可有效提高光纖的空間密度，已被海外互聯(lián)網(wǎng)巨頭搶先應(yīng)用。為了搶占通信市場，擴(kuò)大光纖的傳輸頻段，早在2018年，F(xiàn)acebook和谷歌就賭上了增加電纜中光纖數(shù)量的方法。比如谷歌今年1月投入使用的杜南光纜，光纖12對，總?cè)萘?50Tbit/s。而其在大西洋建設(shè)的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)甚至使用了16對光纖，預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)350至370 Tbit/s的滿容量。而最近，在 10 月中旬，F(xiàn)acebook 委托 NEC 建造了世界上容量的海底電纜——新的跨大西洋電纜，它使用了 24 對光纖。建成后，它將成為世界上最繁忙的A高速公路，打破北美和歐洲之間每秒500TB（約4000張藍(lán)光光盤數(shù)據(jù)）的總傳輸容量的記錄。同時(shí)，Benjamin J． Puttnam 領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組報(bào)告說，他們的團(tuán)隊(duì)使用外徑為 0.125 毫米的 4 芯光纖來傳輸數(shù)據(jù)。通過結(jié)合各種放大器技術(shù)，他們構(gòu)建了一個(gè)利用 WDM 技術(shù)并創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)包層的傳輸系統(tǒng)。直徑光纖傳輸數(shù)據(jù)記錄：讓每個(gè)通道在最遠(yuǎn)3001公里的距離內(nèi)達(dá)到319Tbit/s的傳輸吞吐量數(shù)據(jù)率。

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（MCF）中的多芯共享相同的包層。這種高密度、多通道的結(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(diǎn)。因此，多芯光纖在空分復(fù)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)等方面具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值。

新型多芯光纖技術(shù)的研究是解決未來通信擴(kuò)展問題的研究重點(diǎn)之一。但是，截至目前，多芯光纖的設(shè)計(jì)還沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。高科技企業(yè)在制造多芯光纖時(shí)，關(guān)心芯數(shù)、纖芯排列、纖芯尺寸、纖芯間距、折射率分布等，各不相同，增加了不同類型光纖之間熔接的難度。多芯光纖。

如，FiberHome 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(gè)長距離多芯光纖傳輸系統(tǒng)。然而，有限的多芯光纖扇入和扇出設(shè)備可能與傳輸系統(tǒng)中使用的多芯光纖不匹配。

“低損耗光纖熔接技術(shù)是光纖器件和系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在學(xué)術(shù)研究中，只報(bào)道了同種多芯光纖熔接的進(jìn)展，但不同類型光纖熔接的技術(shù)瓶頸問題多芯光纖熔接仍未解決 國外一些研究人員甚至認(rèn)為，不同類型多芯光纖的熔接幾乎是不可能的，這嚴(yán)重阻礙了該領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用?！毙ち⒚裾f，建立一個(gè)巨大的多芯光纖多路復(fù)用系統(tǒng)來拼接不同種類的光纖，尤其是纖芯。不同節(jié)距的多芯光纖是目前無法回避的技術(shù)瓶頸。

為攻克多芯光纖技術(shù)發(fā)展帶來的這一技術(shù)難題，復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院肖立民課題組終于在多芯光纖熔接方面取得了新的國際突破潛心研究后的技術(shù)。研制了性能優(yōu)良的多芯光纖纖芯間距轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)了異種多芯光纖之間的低損耗、低串?dāng)_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(shí)調(diào)控多纖芯的模式特性。

圖2 兩種多芯光纖芯間距轉(zhuǎn)換器示意圖

基于多芯光纖反向拉錐這項(xiàng)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(zhǔn)制備低損耗、低串?dāng)_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(shí)現(xiàn)損耗低至0．18 dB、串?dāng)_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?dāng)_低至－66 dB。

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圖3 三種多芯光纖芯端面顯微圖

多芯光纖芯間距轉(zhuǎn)換器制備技術(shù)，完美解決了光通信網(wǎng)絡(luò)中異種多芯光纖熔接技術(shù)難題，為多芯光纖器件的制備提供了獨(dú)特的視角，將釋放多芯光纖在實(shí)際應(yīng)用中的更多潛能。