В связи с быстрорастущим глобальным трафиком данных возникает потребность в поиске новых технологий и решений, позволяющих избежать нехватки пропускной способности оптических каналов. Потребность в передаче еще больших объемов данных продолжает расти и требует разработки новых технологий оптической связи для преодоления предела пропускной способности, который должен быть достигнут в ближайшем будущем.
Мультиплексирование с пространственным разделением каналов (SDM) является наиболее многообещающим решением, и оно включает добавление дополнительных каналов данных в поперечное сечение оптического волокна. SDM предполагает использование либо многосердцевинного волокна (MCF), в котором несколько сердцевин одномодового волокна помещены в общую оболочку, или многомодовых волоконных световодов (MMF), в которых различные поперечные моды (или группы мод), поддерживаемые волоконным световодом, используются в качестве индивидуальных каналов данных в мультиплексировании с разделением режимов (MDM).
Монолитный избирательный по модам многомодовый многожильный волоконный мультиплексор, способный адресовать отдельные моды такого волокна. Эти компактные мультиплексоры работают в телекоммуникационных диапазонах S + C + L и записываются в фотонный чип с помощью сверхбыстрой лазерной записи. Они обеспечивают одновременное мультиплексирование режимов LP01, LP11a и LP11b всех сердечников в трехмодовом четырехжильном оптоволокне с превосходными коэффициентами гашения мод и низкими вносимыми потерями. Устройства масштабируются до большего количества режимов и ядер и, следовательно, могут представлять собой технологию, обеспечивающую практическое использование сверхвысокой емкости плотного мультиплексирования с пространственным разделением.
В последнее время, в попытках потенциально обеспечить еще большее увеличение пропускной способности оптоволокна, основное внимание было обращено на объединение двух подходов с использованием маломодового многоядерного оптоволокна (FM-MCF). FM-MCF имеет широкую популярность в обеспечении наиболее практичного баланса между несвязанными SDM высокого порядка и MDM низкого порядка.
FM-MCF хоть и обещает существенное увеличение пропускной способности волокна, практические методы возбуждения отдельных режимов, поддерживаемые близко расположенными ядрами, все еще требуются для возможного развертывания сетей FM-MCF. Однако большинство демонстраций FM-MCF до настоящего времени основывались на сложных, зачастую непрактичных и, обычно с потерями пространственных мультиплексорах со свободным пространством, в некоторых случаях, требующих адресации отдельных ядер одно за другим. По этим причинам, чтобы сделать SDM FM-MCF более практичным, были предприняты попытки использовать простые технологии на основе волноводов с потенциально низкими потерями и небольшой площади основания.
Мультиплексор FM-MCF позволяет мультиплексировать режимы LP01, LP11a и LP11b каждой отдельной жилы 4-жильного волокна в полосе пропускания, превышающей диапазоны S + C + L. За счет использования решетки соединителя с конусным режимом работы, интегрированной с архитектурой вентилятора, достигается функциональность селективного режима. По отношению к фотонным фонарям, мультиплексоры FM-MCF, имеют значительно улучшенную селективность по модам. Однако они вносят более высокие потери. Маленькая занимаемая площадь мультиплексора FM-MCF может обеспечить интеграцию в будущие транспондеры для сетей когерентного и прямого обнаружения. В когерентных сетях функция выбора режима позволяет использовать компенсацию MDL и DMD, причем последняя значительно снижает сложность MIMO DSP.
Также мультиплексоры FM-MCF могут использоваться в пассивных оптических сетях (PON) с временным мультиплексированием (TDM). Помимо этого, универсальность используемой технологии изготовления может позволить масштабировать возможность мультиплексирования на гораздо большее количество ядер и режимов. Используется сверхбыстрая лазерная надпись также имеет высокую повторяемость и подходит для производства с масштабированием по объему. Учитывая резкое увеличение пропускной способности оптического волокна, которое может быть возможным с помощью FM-MCF, этот практичный и масштабируемый подход к мультиплексированию ядер представляет собой значительный шаг вперед к реализации практического DSDM.
Пространственные мультиплексоры часто сопоставляют одномодовые входы напрямую с отдельными модами в сердцевине волокна. Всё же однозначное отображение режимов на самом деле не является существенным в когерентных сетях SDM. Точечные ответвители и фотонные фонари, которые часто используются в когерентных сетях, обычно скремблируют одномодовые входы по ортогональной комбинации всех модовых каналов в конкретной сердцевине волокна. Затем цифровая обработка сигналов (DSP) MIMO позволяет восстанавливать отдельные ортогональные модальные каналы на конце волокна. Также нет необходимости демультиплексировать каждую моду в данной группе мод, поскольку почти вырожденные моды будут уже подвергнуты значительному перекрестному соединению вдоль волокна. Однако, есть очень значительные преимущества однозначного преобразования мод с точки зрения компенсации модовых потерь (MDL) и дифференциальной задержки мод (DMD). В когерентных сетях SDM MIMO DSP очень сильно зависит от MDL и DMD. MDL провоцирует снижение емкости системы и увеличение вероятности выхода из строя. MIMO DSP может полностью восстановить модальные каналы данных путем инвертирования матрицы передачи только в том случае, если скремблирование является унитарным, то есть MDL почти равен нулю. Поэтому возможность отображения режимов очень полезна с точки зрения выравнивания MDL, позволяющая изменять мощность запуска режима или коэффициент усиления режима. Последнее может быть достигнуто, например, путем изменения мощности модальной накачки с использованием варианта мультиплексора мод, который работает на длине волны 980 нм. Более того, мультиплексоры с однозначным отображением мод позволяют компенсировать DMD, не требуя больших длин волокон, компенсирующих интермодальную дисперсию, или низких волокон DMD. DMD определяет количество отводов, необходимых для выравнивания перекрестных помех внутри ядра (и / или между ядрами), и, таким образом, компенсация DMD необходима, чтобы избежать слишком высокой сложности DSP и минимизировать требования к энергии. Для систем большой протяженности обычно используется минимизация DMD и MDL. Мультиплексоры с однозначным отображением режимов также могут использоваться для передачи SDM по волокнам с низким общим перекрестным взаимодействием с использованием прямого обнаружения, не требуя MIMO DSP30.
Мультиплексоры FM-MCF являются значительным достижением в стремлении к практическому мультиплексированию с пространственным разделением для преодоления нехватки пропускной способности оптического волокна.
Библиографическая ссылка
Иванова Д.А., Иванова М.А. МНОГОЯДЕРНЫЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ МУЛЬТИПЛЕКСОРЫ С СЕЛЕКТИВНЫМ РЕЖИМОМ // Материалы МСНК "Студенческий научный форум 2024". – 2021. – № 7. – С. 108-109;URL: https://publish2020.scienceforum.ru/ru/article/view?id=425 (дата обращения: 26.04.2024).