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作者：Gail Overton

為了提升單根光纖的傳輸能力，人們已經(jīng)提出了密集波分復用（DWDM）的一種替代技術(shù)——空分復用（SDM）技術(shù)，該技術(shù)使用多芯光纖或少模光纖（few-mode fiber，FMF）。

FMF是一種纖芯面積足夠大、足以利用幾個獨立的空間模式傳輸并行數(shù)據(jù)流的光纖。理想情況下，FMF的容量與模式的數(shù)量成正比。然而，為了延長傳輸距離，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，美國中佛羅里達大學美國光學與光子學院（CREOL）和NEC美國實驗室的研究人員，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、泵浦光以及信號光的橫向強度分布之間的交疊積分的函數(shù)。通過光纖設(shè)計來控制摻雜離子分布和信號強度分布，可以調(diào)諧模態(tài)增益。在摻雜光纖制作完成后，可以通過控制泵浦的模式內(nèi)容來實現(xiàn)MDG的動態(tài)控制。

少模摻鉺光纖放大器由15米長的少模摻鉺光纖構(gòu)成，其摻雜纖芯芯徑為16µm，支持1550nm附近信號波長的兩種模式群—LP₀₁^(s)和LP₁₁^(s)，以及980 nm附近泵浦波長的四種模式群—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)的簡并模式的兩種類型，可以通過它們角度依賴性的奇偶性，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光的模式強度分布（左圖），以及它們沿x軸的歸一化強度分布（右圖）。

Normalized intensity (a.u.)：歸一化強度（a.u.）

為了展示利用放大器裝置進行MDG控制，采用空間濾波器（模式轉(zhuǎn)換器）和光學可變衰減器（OVA）將泵源光源分成N路，以產(chǎn)生N個泵模模式。通過合束器將N個信號模式進行空間合束，并通過分色鏡輸入到信號光路中。通過調(diào)諧每個OVA，就可以調(diào)節(jié)單個泵浦模式內(nèi)容的功率，從而能夠控制泵浦光與信號光之間的交疊以及MDG。

通過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50km長的少模光纖傳輸了26.4Tbit/s的模分復用DWDM信號。^[2]接收到的信號由三個同步相干接收器探測，模式耦合、模態(tài)的群延遲和色散，由一個數(shù)字式多輸入多輸出（MIMO）均衡器進行補償。

該實驗證明了研究人員對MDG的控制，對于所有通道，產(chǎn)生的位錯誤率（BER）都小于3.8×10^-3，在前向糾錯后足以進行無差錯傳輸。“少模摻鉺光纖放大器有望成為未來長距離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，以實現(xiàn)低復雜度、高效率的少模摻鉺光纖放大器。”

參考文獻

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).