Альтернативные технологии DWDM: SDM для повышения пропускной способности одного волокна

Для повышения пропускной способности одного волокна было предложено использовать  плотное мультиплексирование с разделением по длине волны  ( DWDM ), альтернативный метод — метод пространственного мультиплексирования (SDM), в котором используется многожильное волокно или маломодовое волокно (FMF).

FMF – это ядро, достаточно большое для использования параллельных потоков данных нескольких независимых оптических волокон с пространственными модами передачи. В идеальном случае, пропорциональна ёмкости и количеству шаблонов в FMF. Однако для увеличения дальности передачи необходимо использовать маломодовый волоконный усилитель. В отличие от усилителя, модовый волоконный усилитель с менее контролируемым коэффициентом усиления предназначен для оптической связи в свободном пространстве и применения в мощных лазерах, а также для обеспечения оптимизации всех каналов SDM.

В настоящее время исследователи из Института оптики и фотоники (CREOL) и лабораторий NECL при Университете Флориды (США) разработали модовое усиление в усилителе на основе волокон эрбия с меньшим количеством мод (FM-EDFA) с целью улучшения возможности мультиплексирования оптических сетей связи.

Коэффициент усиления модальной зависимости управления

Коэффициент усиления модовой зависимости (MDG) активируется распределением концентрации ионов легирующей примеси, функцией интеграла перекрытия между распределением поперечной силы света накачки и сигнального света. Благодаря конструкции волокна, позволяющей управлять распределением и интенсивностью сигнала ионов легирующей примеси, можно настраивать коэффициент усиления модовой зависимости. Полное производство легированного волокна может быть достигнуто путем управления динамическим составом накачиваемой моды MDG.

Маломодовый усилитель на эрбиевом  волокне  состоит из 15-метрового маломодового волокна, легированного эрбием, диаметр легированной сердцевины 16 мкм поддерживает длину волны сигнала 1550 нм вблизи двух мод группы LP01 (s) и LP11 (s) и 980 нм четырех мод длины волны накачки вблизи моды группы LP01 (p), LP11 (p), LP21 (p) и LP02 (p).

Подобно LP11(s), группы мод LP11(p) и LP21(p), имеющие одинаковую постоянную распространения в двух типах вырожденных мод по их зависящей от угла четности, определяются как четная мода и нечетная мода (см. рисунок).

Для демонстрации использования усилителя для управления MDG, используя пространственный фильтр (преобразователь мод) и  оптический регулируемый аттенюатор  (OVA), источник света накачки разделяется на N-канальные для создания модели N-канальной накачки. N-канальный сигнал проходит через объединитель пучков и поступает на вход сигнального пути через дихроичное зеркало. Настраивая каждый OVA, можно регулировать мощность отдельной накачки, тем самым управляя перекрытием между светом накачки, сигнальным светом и MDG.

Ранее с помощью усилителя на основе эрбиевого волокна с меньшим количеством мод   в приемнике исследователи успешно передали сигнал DWDM с разделением мод со скоростью 26,4 Тбит/с по маломодовому волокну на расстояние 50 км. Сигнал принимался с помощью трех синхронных детекторов, когерентного приемника, модовой групповой задержки и дисперсии, многовходовой многовыходной схемы (MIMO) с помощью цифрового эквалайзера для компенсации.

Эксперимент показал, что исследователи MDG способны контролировать все каналы, обеспечивая коэффициент битовых ошибок (BER) менее 3,8 × 10⁻⁴, что обеспечивает достаточную прямую коррекцию ошибок для безошибочной передачи. Ожидается, что маломодовый усилитель на основе эрбиевого волокна станет ключевым компонентом будущей системы передачи данных на большие расстояния. Доктор наук Нэн Бай, работающий в CREOL, отметил: «Мы с нетерпением ждем сотрудничества с отраслью для создания маломодового усилителя на основе эрбиевого волокна с низкой сложностью и высокой эффективностью».