DWDM替代技术：空分复用提升光纤传输能力

　　为了提升单根光纤的传输能力，人们已经提出了密集波分复用(DWDM)的一种替代技术--空分复用(SDM)技术，该技术使用多芯光纤或少模光纤(few-mode fiber，FMF)。

　　FMF是一种纤芯面积足够大、足以利用几个独立的空间模式传输并行数据流的光纤。理想情况下，FMF的容量与模式的数量成正比。然而，为了延长传输距离，需要使用少模光纤放大器。不同于那些用于自由空间光通信和高功率激光应用中的放大器，少模光纤放大器具有可控的与模式相关的增益，以确保所有的SDM信道均被优化。

　　目前，美国中佛罗里达大学美国光学与光子学院(CREOL)和NEC美国实验室的研究人员，已研究出一种在少模掺铒光纤放大器(FM-EDFA)中控制模态增益，以提高模分复用光通信网络可行性的方法。[1]

　　控制模态相关增益

　　模态相关增益(MDG)是激活掺杂离子的浓度分布、泵浦光以及信号光的横向强度分布之间的交叠积分的函数。通过光纤设计来控制掺杂离子分布和信号强度分布，可以调谐模态增益。在掺杂光纤制作完成后，可以通过控制泵浦的模式内容来实现MDG的动态控制。

　　少模掺铒光纤放大器由15米长的少模掺铒光纤构成，其掺杂纤芯芯径为16?m，支持1550nm附近信号波长的两种模式群-LP01(s)和LP11(s)，以及980 nm附近泵浦波长的四种模式群-LP01(p)、LP11(p)、LP21(p)和LP02(p)。

　　在像LP11(s)、LP11(p)和LP21(p)这样的模式群中，具有相同传播常数的简并模式的两种类型，可以通过它们角度依赖性的奇偶性，定义为偶数模式和奇数模式(如图)。

　　图：图中给出了少模光纤放大器的泵浦光和信号光的模式强度分布(左图)，

　　以及它们沿x轴的归一化强度分布(右图)。Normalized intensity (a.u.)：归一化强度(a.u.)

　　为了展示利用放大器装置进行MDG控制，采用空间滤波器(模式转换器)和光学可变衰减器(OVA)将泵源光源分成N路，以产生N个泵模模式。通过合束器将N个信号模式进行空间合束，并通过分色镜输入到信号光路中。通过调谐每个OVA，就可以调节单个泵浦模式内容的功率，从而能够控制泵浦光与信号光之间的交叠以及MDG。

　　通过在接收器前使用少模掺铒光纤放大器，研究人员成功地通过50km长的少模光纤传输了26.4Tbit/s的模分复用DWDM信号。[2]接收到的信号由三个同步相干接收器探测，模式耦合、模态的群延迟和色散，由一个数字式多输入多输出(MIMO)均衡器进行补偿。

　　该实验证明了研究人员对MDG的控制，对于所有通道，产生的位错误率(BER)都小于3.8×10-3，在前向纠错后足以进行无差错传输。"少模掺铒光纤放大器有望成为未来长距离SDM传输系统的关键元件，"CREOL的博士研究生Neng Bai表示，"我们期待着与业界合作，以实现低复杂度、高效率的少模掺铒光纤放大器。"

　　参考文献

　　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).