空分(fēn)复用(yòng)光纤技(jì )术突破：不同类型多(duō)芯光纤之间可(kě)实现无缝光互连

空分(fēn)复用(yòng)光纤技(jì )术突破：不同类型多(duō)芯光纤之间可(kě)实现无缝光互连

近日，复旦大學(xué)信息科(kē)學(xué)与工(gōng)程學(xué)院肖力敏课题组在多(duō)芯光纤熔接技(jì )术研究中(zhōng)取得重要突破——制备出各项性能(néng)优异的多(duō)芯光纤芯间距转换器，在國(guó)际上首次实现了异种多(duō)芯光纤之间低损耗且低串扰的熔接。维科(kē)网光通讯致以贺電(diàn)。

光纤通信传输的必然发展趋势

当下，云计算、高清视频、物(wù)联网以及5G通信系统等业務(wù)的蓬勃发展，全球网络流量急剧增加。而普通单芯单模光纤传输受限于香农极限，在未来数年内，光网络增長(cháng)乏力与市场高带宽需求的矛盾日益尖锐，成為(wèi)光通信业界亟待解决的重要问题。

為(wèi)了解决未来光通信扩容难题，业界公(gōng)认的提升单纤容量的技(jì )术方案是采用(yòng)空分(fēn)复用(yòng)技(jì )术，多(duō)芯光纤、多(duō)模光纤或多(duō)芯多(duō)模光纤是光纤通信传输的必然发展趋势。

多(duō)芯光纤能(néng)够高效提升光纤空间密度，在海外已经得到互联网巨头的抢先应用(yòng)。

為(wèi)抢占通信市场，扩大光纤的传输频带，早在2018年，Facebook 和谷歌就押注了增加電(diàn)缆中(zhōng)的光纤数量的办(bàn)法。

如谷歌于1月份投入使用(yòng)的杜南（Dunant）電(diàn)缆，拥有(yǒu) 12 对光纤，总容量為(wèi) 250 Tbit／s 。而其在大西洋正在建设中(zhōng)的两个网络有(yǒu)更是用(yòng)上 16对光纤，预计可(kě)实现 350 至 370 Tbit／s 的满容量。

而最近，在10月份中(zhōng)，Facebook 委托 NEC 公(gōng)司建造世界上容量最高的海底電(diàn)缆——新(xīn)跨大西洋電(diàn)缆，采用(yòng)的光纤為(wèi) 24 对，建成后，它将在世界上最繁忙的数据高速公(gōng)路——在北美和欧洲之间实现创纪录的每秒(miǎo) 500 TB（约 4000 张蓝光光盘数据）的传输总容量。

差不在同个时间里，由美國(guó)國(guó)家信息和通信技(jì )术研究所 （NICT） 的 Benjamin J． Puttnam 领导的一个研究小(xiǎo)组报告说，其团队使用(yòng)外径為(wèi) 0．125 毫米的 4 芯光纤传输数据，通过结合各种放大器技(jì )术，构建了一个利用(yòng) WDM 技(jì )术优势的传输系统，创造了通过标准包层直径光纤传输数据的记录：在最遠(yuǎn) 3001 公(gōng)里的距离内让每个信道实现 319 Tbit／s 的数据速率的传输吞吐量。

更多(duō)的应用(yòng)也陆续在报道中(zhōng)。

多(duō)芯光纤芯间距转换器释放应用(yòng)新(xīn)潜能(néng)

与传统的单芯光纤相比，多(duō)芯光纤（Multicore fiber， 简称MCF）中(zhōng)的多(duō)个纤芯共享同一包层，这种高密度、多(duō)通道结构具(jù)有(yǒu)生产(chǎn)成本低、节省空间、传输容量高等优点，因此，多(duō)芯光纤在空分(fēn)复用(yòng)光通信系统、数据中(zhōng)心连接、芯片间通信、下一代光纤放大器、光传感、量子技(jì )术等方面都具(jù)有(yǒu)极其重要的应用(yòng)价值。

对新(xīn)型多(duō)芯光纤技(jì )术的研究是解决未来通信扩容难题的研究重点之一。

但，截至目前，國(guó)际上对多(duō)芯光纤的设计仍未有(yǒu)统一标准，各高科(kē)技(jì )公(gōng)司在制造多(duō)芯光纤时在纤芯数量、纤芯排列、纤芯大小(xiǎo)、芯间距、折射率分(fēn)布等方面各不相同，这為(wèi)不同类型多(duō)芯光纤之间的熔接增加了难度。

如，FiberHome Fujikura Optic Technology Co． Ltd 等公(gōng)司需要需要熔接异种多(duō)芯光纤来建立一个長(cháng)距离多(duō)芯光纤传输系统。而有(yǒu)限的多(duō)芯光纤扇入扇出器件却可(kě)能(néng)与传输系统中(zhōng)使用(yòng)的多(duō)芯光纤并不匹配。

“低损耗光纤熔接技(jì )术是光纤器件与系统的基础，在學(xué)术研究上，仅报道了同种多(duō)芯光纤熔接的进展，但不同类型多(duō)芯光纤熔接这一技(jì )术瓶颈问题仍然没有(yǒu)解决，國(guó)外有(yǒu)研究者甚至认為(wèi)不同类型多(duō)芯光纤熔接几乎不可(kě)能(néng)实现，这严重阻碍该领域的广泛应用(yòng)。”肖力敏说。

建立一个庞大的多(duō)芯光纤多(duō)通道复用(yòng)系统，熔接异种，尤其是芯间距不同的多(duō)芯光纤，是当下不可(kě)再回避的技(jì )术瓶颈问题。

為(wèi)攻克多(duō)芯光纤技(jì )术的发展带来的这一技(jì )术难题，复旦大學(xué)信息科(kē)學(xué)与工(gōng)程學(xué)院肖力敏课题组经过潜心研究，终于在多(duō)芯光纤熔接技(jì )术方面取得了國(guó)际上新(xīn)突破——制备出各项性能(néng)优异的多(duō)芯光纤芯间距转换器，实现了异种多(duō)芯光纤之间低损耗且低串扰的熔接。

肖力敏课题组提出了多(duō)芯光纤拉锥技(jì )术（图2），包括正向拉锥与反向拉锥两种技(jì )术，均可(kě)以用(yòng)来调整多(duō)芯光纤芯间距并同时调控多(duō)纤芯的模式特性。

基于多(duō)芯光纤反向拉锥这项技(jì )术，通过匹配异种多(duō)芯光纤的芯间距和模场直径，肖力敏课题组可(kě)為(wèi)两种芯间距不匹配的多(duō)芯光纤精(jīng)准制备低损耗、低串扰的芯间距转换器。

对于两种结构不同、芯间距相差26 μm的多(duō)芯光纤（图3（a， b）），肖力敏课题组制备的芯间距转换器可(kě)实现损耗低至0．18 dB、串扰低至－68 dB。

对于结同、芯间距略有(yǒu)不同的多(duō)芯光纤（图3（b， c）），芯间距转换器损耗低至0．17 dB、串扰低至－66 dB。