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

近日，復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)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(xiàng)性能優(yōu)異的多芯光纖芯間距轉(zhuǎn)換器，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了異種多芯光纖之間低損耗且低串?dāng)_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(dāng)下，云計(jì)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(kuò)容難題，業(yè)界公認(rèn)的提升單纖容量的技術(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?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(kuò)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(duì)光纖，總?cè)萘繛?250 Tbit／s 。而其在大西洋正在建設(shè)中的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)有更是用上 16對(duì)光纖，預(yù)計(jì)可實(shí)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(duì)，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(shí)現(xiàn)創(chuàng)紀(jì)錄的每秒 500 TB（約 4000 張藍(lán)光光盤數(shù)據(jù)）的傳輸總?cè)萘俊?/p>

差不在同個(gè)時(shí)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(dǎo)的一個(gè)研究小組報(bào)告說，其團(tuán)隊(duì)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(gè)利用 WDM 技術(shù)優(yōu)勢的傳輸系統(tǒng)，創(chuàng)造了通過標(biāo)準(zhǔn)包層直徑光纖傳輸數(shù)據(jù)的記錄：在最遠(yuǎn) 3001 公里的距離內(nèi)讓每個(gè)信道實(shí)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(bào)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(gè)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(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)等方面都具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值。

對(duì)新型多芯光纖技術(shù)的研究是解決未來通信擴(kuò)容難題的研究重點(diǎn)之一。

但，截至目前，國際上對(duì)多芯光纖的設(shè)計(jì)仍未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各高科技公司在制造多芯光纖時(shí)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(gè)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(xué)術(shù)研究上，僅報(bào)道了同種多芯光纖熔接的進(jìn)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(rèn)為不同類型多芯光纖熔接幾乎不可能實(shí)現(xiàn)，這嚴(yán)重阻礙該領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用?！毙ちγ粽f。

建立一個(gè)龐大的多芯光纖多通道復(fù)用系統(tǒng)，熔接異種，尤其是芯間距不同的多芯光纖，是當(dāng)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(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)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(xiàng)性能優(yōu)異的多芯光纖芯間距轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)了異種多芯光纖之間低損耗且低串?dāng)_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(shí)調(diào)控多纖芯的模式特性。

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(duì)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(duì)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。