空分复用光纤技术突破：不同类型多芯光纤之间可实现无缝光互连

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摘要

我国 复旦大学信息科学与工程学院肖立敏研究组在复旦大学制备了性能优异的多芯光纤芯间距转换器 异种多芯光纤在国际上首次实现了低损耗、低串扰的熔接。

——目前， 单模光纤仍然是光纤传输的主流应用吗？

——是的，多芯光纤是一种更*的尝试， 目前有一些相关的应用还没有成为主流，但下一代是可能的。

以上为OFweek光通信与复旦大学信息科学与工程学院肖立敏先生简短开始了光纤应用趋势。

近日，复旦大学信息科学与工程学院肖立敏研究小组在多芯光纤熔融技术研究中取得重大突破——制备了各种性能优异的多芯光纤芯间距转换器，首次实现了国际上不同多芯光纤之间低损耗、低干扰的熔融。维科网络光通信致电。

光纤通信传输的必然发展趋势

目前，云计算、高清视频、物联网和5G随着通信系统等业务的蓬勃发展，全球网络流量急剧增加。然而，普通单芯单模光纤的传输受到香农的限制。未来几年，光网增长疲软与市场高带宽需求的矛盾日益尖锐，成为光通信行业亟待解决的重要问题。

为了解决未来光通信扩展的问题，业界公认采用空分复用技术提高单纤容量。多芯光纤、多模光纤或多芯多模光纤是光纤通信传输的必然发展趋势。

图 1. 单根光纤传输系统容量发展趋势

多芯光纤能有效提高光纤空间密度，已被互联网巨头在海外应用。

早在2018年，为了抢占通信市场，扩大光纤传输频带，Facebook 谷歌押注了增加电缆中光纤数量的方法。

如谷歌1月份投入使用的杜南（Dunant）电缆，拥有 12 总容量为光纤 250 Tbit/s 。在大西洋正在建设的两个网络中使用 预计将实现16对光纤 350 至 370 Tbit/s 的满容量。

较近，在10月，Facebook 委托 NEC 公司用于建造世界上容量较高的海底电缆——新跨大西洋电缆 光纤为 24 是的，建成后，它将在世界上较繁忙的数据高速公路——在北美和欧洲之间创纪录的每一秒 500 TB（约 4000 张兰光盘数据)传输总容量。

美国国家信息与通信技术研究所同时差异 (NICT) 的 Benjamin J. Puttnam 领导的一个研究小组报告说，该团队使用外径 0.125 毫米的 4 通过结合各种放大器技术，核心光纤传输数据构建了一种利用 WDM 传输系统具有技术优势，通过标准包层直径光纤传输数据的记录在较远 3001 让每个信道在公里的距离内实现 319 Tbit/s 传输吞吐量的数据速率。

报道中也陆续报道了更多的应用。

多芯光纤芯间距转换器释放应用新潜能

与传统的单芯光纤相比，多芯光纤（M ulticore fiber, 简称MCF ）这种高密度、多通道结构具有生产成本低、节省空间、传输容量高等优点。多芯光纤在空分复用光通信系统、数据中心连接、芯片间通信、下一代光纤放大器、光传感、量子技术等方面具有极其重要的应用价值。

研究新型多芯光纤技术是解决未来通信扩容问题的重点之一。

然而，到目前为止，世界上还没有统一的多芯光纤设计标准。在制造多芯光纤时，在纤维数量、纤维排列、纤维尺寸、芯间距、折射率分布等方面存在差异，增加了不同类型多芯光纤之间的焊接难度。

如，FiberHome Fujikura Optic Technology Co. Ltd 公司需要熔化异种多芯光纤，建立长距离多芯光纤传输系统。但有限的多芯光纤风扇进出装置可能与传输系统中使用的多芯光纤不匹配。

低损耗光纤熔化技术是光纤pc28蛋蛋 和系统的基础，在学术研究中，只报道了同一多芯光纤熔化的进展，但不同类型的多芯光纤熔化技术瓶颈尚未解决，国外研究人员甚至认为不同类型的多芯光纤熔化几乎不可能实现，严重阻碍了该领域的广泛应用。肖立民说。

建立庞大的多芯光纤多通道再利用系统，熔化异种光纤，特别是不同芯间距的多芯光纤，是目前不可避免的技术瓶颈。

为了克服多芯光纤技术的发展带来的技术问题，复旦大学信息科学与工程学院肖立民研究小组较终在多芯光纤熔融技术方面取得了新的国际突破——制备了各种性能优异的多芯光纤间距转换器，实现了低损耗、低干扰的熔融。

肖立敏研究小组提出了多芯光纤拉锥技术（图2），包括正向拉锥和反向拉锥，可用于调整多芯光纤芯间距，调节多芯模式特性。

图2 两种多芯光纤芯间距转换器

基于多芯光纤反向拉锥技术，通过匹配不同多芯光纤的芯间距和模场直径，肖立敏研究小组可以准确准备低损耗、低串扰的芯间距转换器。

两种结构不同，芯间距相差26 μm多芯光纤(图3)(a, b))，小力敏课题组制备的芯间距转换器可实现损耗低至0.18 dB、串扰低至-68 dB。

多芯光纤结构相同，芯间距略有不同(图3)(b, c))，芯间距转换器损耗低至0.17 dB、串扰低至-66 dB。

图3 三种多芯光纤芯端面显微图

肖立敏研究小组提出的多芯光纤芯间距转换器制备技术完美解决了光通信网络中不同多芯光纤熔化技术的问题，为多芯光纤pc28蛋蛋 的制备提供了独特的视角，在实际应用中释放了更多的潜力。

研究结果为研究结果Low-loss fusion splicing between spacing-mis tched multicore fibers以国际知名期刊为题发表《Optics Letters》上，Wei Ji、Ruowei Yu作为论文的第一作者，Limin Xiao作为本文的通讯作者。该研究得到了复旦大学义乌研究院的资金支持。

文章信息：W. Ji, R. W. Yu, Z. H. Shen, C. Y. Wang, C. Xiong, and L. M. Xiao, “Low-loss fusion splicing between spacing-mis tched multicore fibers,” Optics Letters , doi: 10.13 /OL.447602.

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