空分複用光纖技術突破：不同類型多芯光纖之間可實現無縫光互連

空分複用光纖技術突破：不同類型多芯光纖之間可實現無縫光互連

近日，複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研究中取得重要突破——制備出各項性能優異的多芯光纖芯間距轉換器，在國際上首次實現了異種多芯光纖之間低損耗且低串擾的熔接。維科網光通訊緻以賀電。

光纖通信傳輸的必然發展趨勢

當下，雲計算、高清視頻、物聯網以及5G通信系統等業務的蓬勃發展，全球網絡流量急劇增加。而普通單芯單模光纖傳輸受限于香農極限，在未來數年内，光網絡增長乏力與市場高帶寬需求的矛盾日益尖銳，成爲光通信業界亟待解決的重要問題。

爲了解決未來光通信擴容難題，業界公認的提升單纖容量的技術方案是采用空分複用技術，多芯光纖、多模光纖或多芯多模光纖是光纖通信傳輸的必然發展趨勢。

多芯光纖能夠高效提升光纖空間密度，在海外已經得到互聯網巨頭的搶先應用。

爲搶占通信市場，擴大光纖的傳輸頻帶，早在2018年，Facebook 和谷歌就押注了增加電纜中的光纖數量的辦法。

如谷歌于1月份投入使用的杜南（Dunant）電纜，擁有 12 對光纖，總容量爲 250 Tbit／s 。而其在大西洋正在建設中的兩個網絡有更是用上 16對光纖，預計可實現 350 至 370 Tbit／s 的滿容量。

而最近，在10月份中，Facebook 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，采用的光纖爲 24 對，建成後，它将在世界上最繁忙的數據高速公路——在北美和歐洲之間實現創紀錄的每秒 500 TB（約 4000 張藍光光盤數據）的傳輸總容量。

差不在同個時間裏，由美國國家信息和通信技術研究所 （NICT） 的 Benjamin J． Puttnam 領導的一個研究小組報告說，其團隊使用外徑爲 0．125 毫米的 4 芯光纖傳輸數據，通過結合各種放大器技術，構建了一個利用 WDM 技術優勢的傳輸系統，創造了通過标準包層直徑光纖傳輸數據的記錄：在最遠 3001 公裏的距離内讓每個信道實現 319 Tbit／s 的數據速率的傳輸吞吐量。

更多的應用也陸續在報道中。

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（Multicore fiber， 簡稱MCF）中的多個纖芯共享同一包層，這種高密度、多通道結構具有生産成本低、節省空間、傳輸容量高等優點，因此，多芯光纖在空分複用光通信系統、數據中心連接、芯片間通信、下一代光纖放大器、光傳感、量子技術等方面都具有極其重要的應用價值。

對新型多芯光纖技術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計仍未有統一标準，各高科技公司在制造多芯光纖時在纖芯數量、纖芯排列、纖芯大小、芯間距、折射率分布等方面各不相同，這爲不同類型多芯光纖之間的熔接增加了難度。

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。而有限的多芯光纖扇入扇出器件卻可能與傳輸系統中使用的多芯光纖并不匹配。

“低損耗光纖熔接技術是光纖器件與系統的基礎，在學術研究上，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瓶頸問題仍然沒有解決，國外有研究者甚至認爲不同類型多芯光纖熔接幾乎不可能實現，這嚴重阻礙該領域的廣泛應用。”肖力敏說。

建立一個龐大的多芯光纖多通道複用系統，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瓶頸問題。

爲攻克多芯光纖技術的發展帶來的這一技術難題，複旦大學信息科學與工程學院肖力敏課題組經過潛心研究，終于在多芯光纖熔接技術方面取得了國際上新突破——制備出各項性能優異的多芯光纖芯間距轉換器，實現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（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。

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，肖力敏課題組可爲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。