基于38芯3模光纖 日本NICT獲得光傳輸容量世界記錄

  ICCSZ訊（編譯：Aiur） 1月21日，據(jù)日本情報(bào)通信研究機(jī)構(gòu)(NICT)官網(wǎng)報(bào)道，NICT網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合住友電工和OptoQuest公司成功在一個(gè)傳輸實(shí)驗(yàn)中，通過使用38芯3模光纖獲得10.66Pbps傳輸容量和每赫茲1158.7bits/s頻率利用效率。該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在容量和頻率利用效率上都超過早前的記錄，并成為一項(xiàng)最新世界記錄。在這次實(shí)驗(yàn)中，研究組開發(fā)了一種光纖，該光纖在38芯基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)三種模式，并減少模式間的光傳輸延遲以提高傳輸質(zhì)量。

  在實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)每個(gè)纖芯特性使用256QAM或64QAM調(diào)制，實(shí)現(xiàn)了大容量傳輸。值得期待的是，利用該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，一根光纖可以傳輸一百根光纖以上的容量，這樣極大地減少數(shù)據(jù)中心中短距離大容量傳輸系統(tǒng)所需的光纖布線量。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果已被第45屆美國(guó)光纖通訊博覽會(huì)及研討會(huì)(OFC) 官方收錄，并將在會(huì)議期間公布。

  實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn)：

  1 - 獲得一項(xiàng)世界記錄，基于38芯3模實(shí)現(xiàn)10.66 Pbps傳輸容量和每赫茲1158.7bits/s頻率;

  2 - 開發(fā)出一種光纖，通過減少模式間光傳輸延遲，采用256QAM和64QAM調(diào)制，擁有很高的傳輸效率;

  3 - 演示一套短距離、超大容量傳輸系統(tǒng)的可行性，可以顯著減少數(shù)據(jù)中心的光纖布線。

  據(jù)了解，NICT在2008年成立“光通信基礎(chǔ)設(shè)施快速發(fā)展研究組”，通過產(chǎn)學(xué)官合作方式建立一套全日本系統(tǒng)來推動(dòng)尖端技術(shù)研發(fā)。在全球光通信競(jìng)爭(zhēng)激烈格局中，日本擁有很高的研究水平，2017年實(shí)現(xiàn)基于19芯6模光纖的10.16Pbps世界紀(jì)錄。為了實(shí)現(xiàn)更高的容量，必須增加光纖芯數(shù)，并使用多芯/多模光纖將不同模式的光信號(hào)傳輸?shù)矫總€(gè)芯。但是，一直增加芯數(shù)會(huì)使光纖不易彎曲和牽拉，而增加模數(shù)會(huì)導(dǎo)致接收側(cè)的處理負(fù)荷上升。

圖1-該項(xiàng)目成果以及迄今為止NICT經(jīng)典研究成果。

  而在這次實(shí)驗(yàn)中，NICT使用由住友電工開發(fā)的38芯3模光纖和OptoQuest研發(fā)的多模光束核心復(fù)用器構(gòu)建了大容量傳輸系統(tǒng)，這是世界紀(jì)錄的10.66Pbps，并成功傳輸了13 km(參見 圖1)。就頻譜效率而言，它還創(chuàng)下了1158.7位/秒/赫茲的世界紀(jì)錄。對(duì)于多模傳輸，需要在接收器側(cè)分離模式的數(shù)字信號(hào)處理。如果模式之間的傳輸延遲差異較大，會(huì)增加數(shù)字信號(hào)處理的負(fù)擔(dān)，因此減小傳輸延遲差異非常重要。

  在本實(shí)驗(yàn)中，研究組制造了一種多芯光纖，其纖芯折射率變化可微調(diào)來抑制模式之間的傳輸延遲差異，研究組實(shí)現(xiàn)了0.6-3納秒的延遲差異。結(jié)果表明，依托于模式數(shù)量的數(shù)字信號(hào)處理很小，并且可以抑制功耗和構(gòu)造簡(jiǎn)單的傳輸系統(tǒng)。此外，包括光纖耦合器在內(nèi)的幾乎所有纖芯的模式損耗為5-8.5 dB。

  另一方面，多芯光纖根據(jù)纖芯而具有不同的傳輸特性。因此，研究組比較兩種高傳輸效率的調(diào)制方案(256QAM和64QAM)的傳輸信號(hào)，并選擇可為每個(gè)纖芯提供更多傳輸容量的調(diào)制方案。根據(jù)實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)，每纖芯每秒可傳輸279-298 TB的高容量數(shù)據(jù)。

  NICT研究組還將繼續(xù)促進(jìn)尖端和創(chuàng)新技術(shù)的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)更高的性能，并在實(shí)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步挖掘使用多芯和多模光纖的通信系統(tǒng)的潛力。

圖4-光信號(hào)的復(fù)用

  圖4是該實(shí)驗(yàn)中的光信號(hào)復(fù)用的圖像。由于實(shí)驗(yàn)有光放大器使用限制，研究者將波長(zhǎng)多路復(fù)用信號(hào)分為兩個(gè)區(qū)域，但對(duì)所有368個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用激光使用了64QAM或256QAM調(diào)制。從該波長(zhǎng)復(fù)用信號(hào)光，它入射到38芯中的每個(gè)芯和三個(gè)模式空間通道的每個(gè)通道上。

圖5-實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

  圖5是該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的示意圖?？赏瑫r(shí)產(chǎn)生多個(gè)波長(zhǎng)的光梳光源的輸出被引入到調(diào)制器中，并生成一個(gè)64QAM或256QAM調(diào)制信號(hào)。使用分支和延遲線，制作38×3 = 114個(gè)低相關(guān)副本。這三個(gè)分支形成一個(gè)集合，并且模式多路復(fù)用器將基本模式(LP01)和轉(zhuǎn)換后的高階模式(LP11a和LP11b)的三個(gè)橫向模式復(fù)用為一個(gè)。38個(gè)多路復(fù)用多模光通過核心波分復(fù)用器耦合到38芯光纖。傳輸后，被模式分離器和光接收器檢測(cè)并測(cè)量由模式分離器分成38條線的每個(gè)模式的信號(hào)光。

圖6 38芯的傳輸結(jié)果

  圖6是傳輸之后每個(gè)纖芯的每個(gè)波長(zhǎng)的數(shù)據(jù)速率的頻譜分布。 總波長(zhǎng)的傳輸容量為每秒180兆比特至298.20兆比特/秒，并且除剩余的糾錯(cuò)碼外，總共獲得了每秒10,660兆比特(10.66比特)作為有效傳輸比特率。

     該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)官方報(bào)道：https://www.nict.go.jp/press/2020/01/21-1.html