纖億通帶您去看波分復用光纖技術突破

光纖通信傳輸的必然發展趨勢

目前，隨著云計算、高清視頻、物聯網、5G通信系統的蓬勃發展，全球網絡流量急劇增加。普通單芯單模光纖的傳輸受到香農極限的限制。未來幾年，光網絡增長乏力與市場高帶寬需求之間的矛盾將日益突出，成為光通信行業亟待解決的重要問題。為了解決未來光通信擴容問題，業界公認的提高單纖容量的技術方案是采用空分復用技術。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，已被海外互聯網巨頭搶先應用。為了搶占通信市場，擴大光纖的傳輸頻段，早在2018年，Facebook和谷歌就賭上了增加電纜中光纖數量的方法。比如谷歌今年1月投入使用的杜南光纜，光纖12對，總容量250Tbit/s。而其在大西洋建設的兩個網絡甚至使用了16對光纖，預計將實現350至370 Tbit/s的滿容量。而*近，在 10 月中旬，Facebook 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*繁忙的A高速公路，打破北美和歐洲之間每秒500TB（約4000張藍光光盤數據）的總傳輸容量的記錄。同時，Benjamin J． Puttnam 領導的一個研究小組報告說，他們的團隊使用外徑為 0.125 毫米的 4 芯光纖來傳輸數據。通過結合各種放大器技術，他們構建了一個利用 WDM 技術并創建標準包層的傳輸系統。直徑光纖傳輸數據記錄：讓每個通道在*遠3001公里的距離內達到319Tbit/s的傳輸吞吐量數據率。

多芯光纖芯間距轉換器釋放應用新潛能

與傳統的單芯光纖相比，多芯光纖（MCF）中的多芯共享相同的包層。這種高密度、多通道的結構具有生產成本低、節省空間、傳輸容量高等優點。因此，多芯光纖在空分復用光通信系統、數據中心連接、芯片間通信、下一代光纖放大器、光傳感、量子技術等方面具有極其重要的應用價值。

新型多芯光纖技術的研究是解決未來通信擴展問題的研究重點之一。但是，截至目前，多芯光纖的設計還沒有統一的國際標準。高科技企業在制造多芯光纖時，關心芯數、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長距離多芯光纖傳輸系統。然而，有限的多芯光纖扇入和扇出設備可能與傳輸系統中使用的多芯光纖不匹配。

“低損耗光纖熔接技術是光纖器件和系統的基礎。在學術研究中，只報道了同種多芯光纖熔接的進展，但不同類型光纖熔接的技術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為，不同類型多芯光纖的熔接幾乎是不可能的，這嚴重阻礙了該領域的廣泛應用。”肖立民說，建立一個巨大的多芯光纖多路復用系統來拼接不同種類的光纖，尤其是纖芯。不同節距的多芯光纖是目前無法回避的技術瓶頸。

為攻克多芯光纖技術發展帶來的這一技術難題，復旦大學信息科學與工程學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。研制了性能優良的多芯光纖纖芯間距轉換器，實現了異種多芯光纖之間的低損耗、低串擾熔接。

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

圖2 兩種多芯光纖芯間距轉換器示意圖

基于多芯光纖反向拉錐這項技術，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、低串擾的芯間距轉換器。

對于兩種結構不同、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換器可實現損耗低至0．18 dB、串擾低至－68 dB。

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

圖3 三種多芯光纖芯端面顯微圖

多芯光纖芯間距轉換器制備技術，完美解決了光通信網絡中異種多芯光纖熔接技術難題，為多芯光纖器件的制備提供了獨特的視角，將釋放多芯光纖在實際應用中的更多潛能。