Предоставлено: Джуньи Лю и др.

Технология пространственного мультиплексирования (SDM) играет многообещающую роль в преодолении так называемого «кризиса пропускной способности» существующего одномодового волокна (SMF). Теперь исследователи в Китае экспериментально продемонстрировали систему передачи SDM на основе режима орбитального углового момента (OAM) с общей пропускной способностью более 1 Пб/с. Результат имеет значительный потенциал для дальнейшего увеличения пропускной способности связи за счет использования режимов OAM в оптических волокнах при сохранении обработки с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO) на сверхнизком уровне сложности.

Поскольку в обозримом будущем интернет-трафик приближается к пределу пропускной способности SMF, технологии оптической связи с большей пропускной способностью становятся все более востребованными. Однако в известных решениях, которые добавляют больше ядер и/или режимов на ядро ​​в волокно для увеличения общей пропускной способности, существует фундаментальное узкое место, состоящее в том, что сложность обработки MIMO, необходимая для выравнивания сигнала, может возрастать по квадратичному закону с увеличением количества каналов из-за межканальных перекрестных помех (XT).

Простая вставка большого количества достаточно разделенных сердцевин в волокно для обеспечения низкого межсердцевинного XT увеличит диаметр волокна, а диаметр более 200 микрон серьезно ухудшит производительность изготовления, сращивания и надежность волокна. Следовательно, необходимы новые решения для балансировки количества пространственных каналов, диаметров оболочки волокна и сложности MIMO.

В новой статье, опубликованной в журнале Light: Science & Applications, группа исследователей под руководством доктора Цзе Лю и профессора Сиюань Ю из Государственной ключевой лаборатории оптоэлектронных материалов и технологий Школы электроники и информационных технологий Университета Сунь Ятсена Китай предложил и продемонстрировал волоконно-оптическую систему передачи, основанную на режимах OAM.

Система объединяет SDM, поляризационное мультиплексирование (PDM) и плотное мультиплексирование с разделением по длине волны (DWDM) в диапазоне C+L по 34-километровому 7-жильному волокну с кольцевой сердцевиной (RCF) диаметром 180 мкм, что обеспечивает необработанную (чистую) пропускную способность. 1,223 (1,02) Пб/с и спектральной эффективностью 156,8 (130,7) бит/с/Гц. В этой системе они использовали три группы невырожденных режимов OAM (MG) на ядро, каждый MG содержал 4 почти вырожденных режима OAM (всего 12 режимов).

Каждый режим загружен 312 длинами волн, которые модулируются сигналами QPSK со скоростью 24,5 Гбод. Исследуя фиксированный номер режима OAM в каждом MG, слабую связь между MG и ядрами и относительную простоту мультиплексирования режимов OAM, исследователи добились одновременной слабой связи между семью ядрами оптоволокна и между тремя MG OAM в каждом ядре, поэтому что для выравнивания связи между 4 почти вырожденными модами в каждом MG требуется только модульная схема обработки MIMO 4 × 4.

Представленный метод демонстрирует перспективность волоконно-оптических систем SDM с высокой масштабируемостью по количеству пространственных каналов и пропускной способности при сохранении низкой и фиксированной сложности выравнивания MIMO в разумном диаметре оболочки волокна. Исследователи подчеркивают ключевую роль режимов OAM в достижении скорости передачи петабит в секунду:

«Эти результаты впервые показывают, что пропускная способность волоконно-оптических каналов связи на основе OAM превышает рубеж в 1 Пбит/с».

«Они также одновременно представляют собой наименьшую сложность MIMO и 2- й наименьший диаметр оболочки волокна среди зарегистрированных систем SDM с несколькими сердцевинами (FM-MCF) с пропускной способностью> 1 Пбит / с», — добавили они.

«Таким образом, схема демонстрирует значительный потенциал для увеличения пропускной способности на оптическое волокно при сохранении сверхнизкой сложности MIMO и, следовательно, низкой стоимости и низкого энергопотребления за счет использования уникально превосходных характеристик режимов OAM в оптических волокнах с кольцевой сердцевиной на расстояниях в десятки километров (например, метро, ​​или связи между центрами обработки данных и т. д.)», — заявили исследователи.