為了提升單根光纖的傳輸能力，人們已經(jīng)提出了密集波分復(fù)用(DWDM)的一種替代技術(shù)--空分復(fù)用(SDM)技術(shù)，該技術(shù)使用多芯光纖或少模光纖(few-mode fiber，F(xiàn)MF)。
FMF是一種纖芯面積足夠大、足以利用幾個(gè)獨(dú)立的空間模式傳輸并行數(shù)據(jù)流的光纖。理想情況下，F(xiàn)MF的容量與模式的數(shù)量成正比。然而，為了延長(zhǎng)傳輸距離，需要使用少模光纖放大器。不同于那些用于自由空間光通信和高功率激光應(yīng)用中的放大器，少模光纖放大器具有可控的與模式相關(guān)的增益，以確保所有的SDM信道均被優(yōu)化。
目前，美國(guó)中佛羅里達(dá)大學(xué)美國(guó)光學(xué)與光子學(xué)院(CREOL)和NEC美國(guó)實(shí)驗(yàn)室的研究人員，已研究出一種在少模摻鉺光纖放大器(FM-EDFA)中控制模態(tài)增益，以提高模分復(fù)用光通信網(wǎng)絡(luò)可行性的方法。[1]
控制模態(tài)相關(guān)增益
模態(tài)相關(guān)增益(MDG)是激活摻雜離子的濃度分布、泵浦光以及信號(hào)光的橫向強(qiáng)度分布之間的交疊積分的函數(shù)。通過(guò)光纖設(shè)計(jì)來(lái)控制摻雜離子分布和信號(hào)強(qiáng)度分布，可以調(diào)諧模態(tài)增益。在摻雜光纖制作完成后，可以通過(guò)控制泵浦的模式內(nèi)容來(lái)實(shí)現(xiàn)MDG的動(dòng)態(tài)控制。
少模摻鉺光纖放大器由15米長(zhǎng)的少模摻鉺光纖構(gòu)成，其摻雜纖芯芯徑為16?m，支持1550nm附近信號(hào)波長(zhǎng)的兩種模式群-LP01(s)和LP11(s)，以及980 nm附近泵浦波長(zhǎng)的四種模式群-LP01(p)、LP11(p)、LP21(p)和LP02(p)。
在像LP11(s)、LP11(p)和LP21(p)這樣的模式群中，具有相同傳播常數(shù)的簡(jiǎn)并模式的兩種類(lèi)型，可以通過(guò)它們角度依賴(lài)性的奇偶性，定義為偶數(shù)模式和奇數(shù)模式(如圖)。
圖：圖中給出了少模光纖放大器的泵浦光和信號(hào)光的模式強(qiáng)度分布(左圖)，
以及它們沿x軸的歸一化強(qiáng)度分布(右圖)。Normalized intensity (a.u.)：歸一化強(qiáng)度(a.u.)
為了展示利用放大器裝置進(jìn)行MDG控制，采用空間濾波器(模式轉(zhuǎn)換器)和光學(xué)可變衰減器(OVA)將泵源光源分成N路，以產(chǎn)生N個(gè)泵模模式。通過(guò)合束器將N個(gè)信號(hào)模式進(jìn)行空間合束，并通過(guò)分色鏡輸入到信號(hào)光路中。通過(guò)調(diào)諧每個(gè)OVA，就可以調(diào)節(jié)單個(gè)泵浦模式內(nèi)容的功率，從而能夠控制泵浦光與信號(hào)光之間的交疊以及MDG。
通過(guò)在接收器前使用少模摻鉺光纖放大器，研究人員成功地通過(guò)50km長(zhǎng)的少模光纖傳輸了26.4Tbit/s的模分復(fù)用DWDM信號(hào)。[2]接收到的信號(hào)由三個(gè)同步相干接收器探測(cè)，模式耦合、模態(tài)的群延遲和色散，由一個(gè)數(shù)字式多輸入多輸出(MIMO)均衡器進(jìn)行補(bǔ)償。
該實(shí)驗(yàn)證明了研究人員對(duì)MDG的控制，對(duì)于所有通道，產(chǎn)生的位錯(cuò)誤率(BER)都小于3.8×10-3，在前向糾錯(cuò)后足以進(jìn)行無(wú)差錯(cuò)傳輸。"少模摻鉺光纖放大器有望成為未來(lái)長(zhǎng)距離SDM傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵元件，"CREOL的博士研究生Neng Bai表示，"我們期待著與業(yè)界合作，以實(shí)現(xiàn)低復(fù)雜度、高效率的少模摻鉺光纖放大器。"
參考文獻(xiàn)
1. N. Bai et al., OFC/NFOEC 2012, Special Symposium on Enabling Technologies for Fiber Capacities Beyond 100 Terabits/second, paper OW1D.3 (Mar. 7, 2012).
2. N. Bai et al., Opt. Exp., 20, 3, 2668 (2012).