eng
Выпуск #8/2018
В.Б.Ромашова , К.Дж.Пак, Д.С.Шаймадиева, Н.В.Буров
Широкополосные модовые мультиплексоры. Альтернативное решение для телекоммуникаций и научных исследований
Широкополосные модовые мультиплексоры. Альтернативное решение для телекоммуникаций и научных исследований
Просмотры: 3041
Продемонстрирован принцип работы волоконного модового мультиплексора на основе каскадных модоселективных разветвителей с широким диапазоном пропускания. Эффективность соединения в диапазоне длин волн от 1515 до 1590 нм варьировалась от 87% до 55%. Эксперимент по передаче данных на 58,5 км с усилением по ММ-EDFA показал, что передача методом мультиплексирования мод возможна. Производительность мультиплексора может быть улучшена за счет эффективного мультиплексирования дегенеративных асимметричных мод.
DOI: 10.22184/1993-7296.2018.12.8.750.760
DOI: 10.22184/1993-7296.2018.12.8.750.760
Теги: fiber combiners fiber laser mode multiplexer волоконные лазеры модовые мультиплексоры оптоволоконные объединители излучения
ВВЕДЕНИЕ
Существует мнение, что пропускная способность оптоволоконной линии при передаче сигналов методом мультиплексирования с временным разделением и мультиплексирования с разделением по длине волны достигла своего предела [1]. Однако метод пространственного разделения каналов все еще остается не полностью реализованным. Двумя популярными подходами являются Space division multiplexing (SDM) – разделение по пространству (рис. 1), реализованное на основе многосердцевинных волокон (например от компании OFS) и Mode Division multiplexing (MDM) – мультиплексирование с разделением мод (рис. 2).
Во втором случае используется маломодовое оптическое волокно (FMF) с сердцевиной, в которой распространяются несколько поляризационных или пространственных мод [3, 4].
Эти методы потенциально могут увеличить пропускную способность линии почти на порядок и, по-видимому, являются перспективными решениями для преодоления ограничения, налагаемого нелинейным эффектом в DWDM-системах.
ПРИНЦИП РАБОТЫ СЕЛЕКТИВНОГО МОДОВОГО ОБЪЕДИНИТЕЛЯ
В работе [5] предложена структура и основные принципы пространственного модового объединителя. Объединитель представляет собой конструкцию из маломодового и одномодового волокна, сполированных сбоку и закрепленных рядом друг с другом в кварце со сходным показателем преломления (рис. 3).
Когда постоянная распространения и, следовательно, показатель преломления (neff) для распространяющихся мод в SM волокне совпадает с распространяющимися модами в FM волокне, между этими модами происходит эффективное соединение в экранирующем поле. Идеальное сцепление в маломодовых волокнах невозможно по причине фазового рассинхронизма. Практически идеальное сцепление возможно с изоляцией высших мод, как в экспериментах [5,6]. Ключевым параметром является согласование фаз соединяемых мод.
Излучение заводится через SM волокно и сцепляется в FM волокне с соответствующей модой LPnm. И наоборот, если в моды LPnm заведены в FM волокно, излучение также должно появиться в SM волокне при том, что условие фазового соответствия выполнено. Чтобы получить широкополосную операцию, neff должен быть одинаковыми в широком спектральном диапазоне. При использовании стандартного SM волокна, его neff не соответствовал neff для FM волокна во всем рабочем диапазоне длин волн, что, соответственно, не позволяет использовать объединитель в широком диапазоне длин волн. Другой подход основан на тейпированной структуре, которая обеспечивает гораздо лучшую стабильность, однако она сложно реализуема, особенно в каскадной структуре.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ (ПП)
Измерение ПП для мод имеет важное значение для изготовления делителя. Измерение производится через призму, как показано на рис. 4. Экранирующее поле протекающих мод в области полированных волокон проникает в призму, и в зависимости от отклонения угла мы можем определить neff
,
где np – показатель преломления призмы. На рисунке 4b измеренный график интенсивности излучаемого света в зависимости от высоты экрана (h) для мод в волокне FM на длине волны 1550 нм.
На рис. 5 изображены графики измеренного ПП для различных мод в зависимости от длины волны (1 515–1 590 нм) и используемых волокон. Как видно на рис. 5 (верхний), зависимость neff от длины волны почти линейна, но с разными наклонами для разных мод. В идеальном случае следует использовать три разных SM волокна, которые имеют соответствующие значения ПП, согласующегося с характеристиками мод высших порядков в FM волокне в широком диапазоне длин волн. На практике используется SM волокно, но с большей числовой апертурой (NA). При этом сохраняется зависимость длины волны от ПП (d neff / dλ).
В качестве примера на рис. 5 (нижний) изображена зависимость ПП от длины волны для моды LP02 в FM волокне (красная линия) по сравнению с результирующим режимом в SM волокне (темно-синяя линия), показывающая хорошее совпадение. Для сравнения показаны значения для согласования в стандартном SM волокне, где можно увидеть большое несоответствие (зеленая линия).
Волокна в эксперименте имели номинальные NA в диапазоне 0,2–0,3. Сужение волокон проводилось путем нагрева и вытягивания (тейпирования), что уменьшает neff [7]. Правильный диаметр конуса рассчитывали путем численного моделирования распространения мод в SM волокне [8]. Оптимальный диаметр конуса определяли после эксперимента.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОЕДИНЕНИЯ МОД
Взаимодействие мод между модами более высокого порядка (HOM) в маломодовом волокне (FMF) и модами LP01 в одномодовом волокне (SMF) описывается теорией связи мод [9]:
,
где Pin и Pout – входная мощность и мощность соединения соответственно, κ – постоянная соединения, z – длина взаимодействия и δ = Δ / 2 β – постоянная распространения волны (β) между модами в FM и SM волокне. Согласно уравнению 2, разность в neff между модой (target mode) в маломодовом волокне и модой LP01 в одномодовом волокне должна быть минимизирована для увеличения мощности взаимодействия. Например, когда значение z составляет 1,6 мм (что соответствует нашему случаю), и κ z = π / 2 при 1550 нм, значение δ должно быть меньше 2,2 Ч 10–4, тем самым коэффициент соединения составит 80%. В данной работе эффективность соединения (Ce) определяется отношением выходной мощности моды в FM волокне и выходной мощностью моды LP01 в SM волокне.
Остальная часть входной мощности пришлась на нежелательную моду LP21 (8,2%), потери в точках сращивания (номинально 6–10%) и некоторые оставшиеся моды в SMF (~1%). Измерения проводились следующим способом. Входная мощность была измерена при помощи измерителя мощности. Общая выходная мощность FM волокна, которую измеряли также с помощью измерителя мощности, может содержать сигналы от нежелательных мод. Для измерения потерь при изгибе на выходном маломодовом волокне была сформирована петля. Результаты показали, что при диаметре изгиба волокна 20 мм потери составляют 20 дБ для моды LP02 без существенного влияния на другие моды. В случае с модой LP21 потери на изгибе составляют менее 0,1 дБ при диаметре 20 мм и 17 дБ при требуемом диаметре изгиба – 6 мм. Значения потерь на изгибе для мод LP01 и LP11 были незначительными. Деградация Се в L – диапазоне на рис. 6 (b) считается из конечной спектральной полосы пропускания экранирующего поля разветвителя, т. е. неидеального согласования ПП.
МУЛЬТИПЛЕКСОР С РАЗДЕЛЕНИЕМ МОД (МОДОВЫЙ МУЛЬТИПЛЕКСОР)
Четырехмодовые мультиплексоры(MDM) компании KS Photonics сконструированы путем каскадирования трехмодовых объединителей (MSC), как показано на рис. 6. Чтобы предотвратить потери в точках сращивания, была использована непрерывная цепь из FM волокон для всех трех MSC. Входные порты для четырех мод оснащены пигтейлами со стандартным одномодовым волокном, чтобы сделать их совместимыми с системами связи. Чтобы отсечь нежелательный оптический сигнал в моде LP02, соединенной с LP21 MSC, был установлен модовый фильтр между LP21 и LP02, выполненный изгибом волокна диаметром 20 мм. Однако наличие фильтра не позволяло измерить соединение мод LP21 или LP02, которое, как полагают, связано с большим разделением ПП между модой LP11 и модами более высокого порядка.
Коэффициент экстинкции RE MSC является важным параметром и определяется формулой:
.
где Ptarget – оптическая мощность соединения с выбранной (желаемой) модой, Pother – оптическая мощность соединения с нежелательными модами.
Измерение RE для мод LP01 и LP11 должно производиться в процессе изготовления MSC, поскольку после сборки измерение коэффициента экстинкции становится невозможным. Чтобы определить RE, излучение подается на один входной порт, оптическая мощность измеряется на выходном порту до и после нежелательных мод, как описано в предыдущем разделе. Разделение мод выполнялось путем изгиба волокна или с использованием жидкости со сходным ПП, на половинках разветвителя после измерения каждого MSC. С этой целью MSC были собраны в порядке мод: LP11, LP21 и LP02. Было подтверждено, что процесс сборки LP21 и LP02 MSC не вызвал дополнительных потерь для мод LP01 и LP11.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ШЕСТИМОДОВОГО МУЛЬТИПЛЕКСОРА
Структура шестимодового мультиплексора схожа со структурой, представленной на рис. 7. Для согласования ПП для моды LP01 в одномодовом волокне с модами высших порядков в FM волокне SM волокно подверглось тейпированию. FM волокно, легированное германием, со ступенчатым индексом ПП использовалось для передачи шести мод LP01, LP11a / 11b, LP21a / 21b, and LP02. Каждое волокно заключено в кварцевый блок, а оболочка волокна частично сполирована. Стандартные эффективности объединения мод LP11, LP21, and LP02 были 80%, 70%, и 80% в С-диапазоне. Полная конструкция представлена на рис. 8.
Для измерения характеристик использовался сканирующий интерферометр. Он измерял матрицу передаточных функций амплитуды и фазы между вводом и выводом. Модовые потери (MDL) анализировались разложением сингулярных значений из измеренной матрицы. Схема измерения представлена на рис. 9.
ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА. ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ
На рис. 10 изображена экспериментальная установка для передачи данных методом модового разделения каналов. Тридцать каналов с шагом 100 ГГц в C-диапазоне (1 534,25–1 557,36 нм) генерировались лазерами с распределенной обратной связью (DFB). Переключатель с выборкой по длине волны использовался для выравнивания оптической мощности во всех каналах. Каждая группа каналов усиливалась эрбиевым усилителем, а затем направлялась на IQ-модулятор. Оба IQ-модулятора управлялись независимыми битовыми последовательностями длиной 216 символов, сгенерированными цифровыми аналоговыми преобразователями 60 Гиговыборок / с (ЦАП). Модуляторы были с волоконными выводами. Сигналы поступают на стадию мультиплексирования с разделением поляризации, где два поляризационных разделения задерживаются на 382 нс. Полученный поляризованный квадратурный фазовый сдвиг (120 Гбит / с (DP-QPSK)) был разделен на шесть копий с относительными задержками 0, 50, 100, 150, 200 и 250 нс. Шесть декоррелированных сигналов были подключены к волоконным вводам 6-модового мультиплексора.
6-режимные мультиплексированные сигналы подавались в циркуляционный контур. Для передачи сигналов по многооборотным циклам использовfлся акустооптический переключатель (AOS). Такие оптические компоненты, как AOS, линзы и светоделители (BS) были установлены для поддержания распространения нескольких мод.
Все четыре порта петли были с волокном со ступенчатым профилем ПП, поддерживающими приблизительно 15 / 9 мод. Затем эти волокна тейпированы (вытяжка до 1 м), что дало нам шестимодовое волокно. Данная вытяжка была нацелена на уменьшение количества мод, передающих сигнал.
Линия передачи составляла 58,5 км с усилением по ММ-EDFA. MM-EDFA (с) использовался в качестве линейного усилителя для компенсации потерь в волокне и других оптических компонентов в линии. Сигналы были направлены сквозь поляризационный делитель (BS), а затем демультиплексированы на шесть мод. Тестируемый канал длины волны фильтровали с помощью блока (WB). Шесть когерентных приемников с поляризационным разнесением (PD-CRx) использовались для детектирования сигналов. Итого двадцать четыре электрических сигнала в интервале времени 100 мкс были одновременно переданы на модульный цифровой осциллограф, работающий со скоростью дискретизации 40 ГГц / с и полосой пропускания 20 ГГц.
Также для линии был измерен параметр BER – достоверность передачи данных, составивший для моды LP01 менее 2 · 10–5 во всем диапазоне длин волн.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе продемонстрирован принцип работы волоконного модового мультиплексора на основе каскадных модоселективных разветвителей с широким диапазоном пропускания. Эффективность соединения на всем диапазоне длин волн от 1515 до 1590 нм варьировалась от 87% для моды LP01, в худшем случае – более 55% для моды LP21. Значительно улучшенная производительность была достигнута путем сопоставления neff по рабочей длине волны для маломодового и одномодового волокон. Это устройство может быть полезно для дальнейшей разработки мультиплексированных систем связи с высокой пропускной способностью. Эксперимент показал, что передача информации методом мультиплексирования мод возможна. Также можно ожидать, что производительность мультиплексора может быть улучшена за счет эффективного мультиплексирования дегенеративных асимметричных мод.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Tkach R. Scaling optical communications for the next decade and beyond. Bell Labs Technical Journal. 2010; 14(4): 3–9.
2. Mode Division Multiplexer. KS Photonics website. Available at: http://ksphotonics.com / product / directional-couplers / pm-fiber-coupler / .
3. Iano S. et al. Multicore optical fiber. Optical Fiber Communication Conference. Optical Society of America, 1979; WB1.
4. Berdaguй S. S., Facq P. Mode division multiplexing in optical fibers. Applied optics. 1982; 21(11): 1950–1955.
5. Sorin W. V., Kim B. Y., Shaw H. J. Highly selective evanescent modal filter for two-mode optical fibers. Optics Letters. 1986; 11(9): 581–583.
6. Park K. J. et al. All-fiber mode division multiplexer optimized for C-band. Optical Fiber Communication Conference. Optical Society of America, 2014: M3K. 2.
7. Love J. D. et al. Tapered single-mode fibres and devices. Part 1: Adiabaticity criteria. IEE Proceedings J (Optoelectronics). 1991; 138(5): 343–354.
8. Ромашова В. Б., Лин Дж., Буров Н. Высокомощные волоконные объединители. Фотоника. 2018; 69 (1):16–28. DOI: 10.22184 / 1993–7296.2018.69.1.16.28.
Burov N. V., Lin J., Romashova V. B. High-power fiber combiners. Photonics Russia.2018; 69(1): 16–28. DOI: 10.22184 / 1993–7296.2018.69.1.16.28.
9. Yariv A. Coupled-mode theory for guided-wave optics. IEEE Journal of Quantum Electronics. 1973; 9(9): 919–933.
Существует мнение, что пропускная способность оптоволоконной линии при передаче сигналов методом мультиплексирования с временным разделением и мультиплексирования с разделением по длине волны достигла своего предела [1]. Однако метод пространственного разделения каналов все еще остается не полностью реализованным. Двумя популярными подходами являются Space division multiplexing (SDM) – разделение по пространству (рис. 1), реализованное на основе многосердцевинных волокон (например от компании OFS) и Mode Division multiplexing (MDM) – мультиплексирование с разделением мод (рис. 2).
Во втором случае используется маломодовое оптическое волокно (FMF) с сердцевиной, в которой распространяются несколько поляризационных или пространственных мод [3, 4].
Эти методы потенциально могут увеличить пропускную способность линии почти на порядок и, по-видимому, являются перспективными решениями для преодоления ограничения, налагаемого нелинейным эффектом в DWDM-системах.
ПРИНЦИП РАБОТЫ СЕЛЕКТИВНОГО МОДОВОГО ОБЪЕДИНИТЕЛЯ
В работе [5] предложена структура и основные принципы пространственного модового объединителя. Объединитель представляет собой конструкцию из маломодового и одномодового волокна, сполированных сбоку и закрепленных рядом друг с другом в кварце со сходным показателем преломления (рис. 3).
Когда постоянная распространения и, следовательно, показатель преломления (neff) для распространяющихся мод в SM волокне совпадает с распространяющимися модами в FM волокне, между этими модами происходит эффективное соединение в экранирующем поле. Идеальное сцепление в маломодовых волокнах невозможно по причине фазового рассинхронизма. Практически идеальное сцепление возможно с изоляцией высших мод, как в экспериментах [5,6]. Ключевым параметром является согласование фаз соединяемых мод.
Излучение заводится через SM волокно и сцепляется в FM волокне с соответствующей модой LPnm. И наоборот, если в моды LPnm заведены в FM волокно, излучение также должно появиться в SM волокне при том, что условие фазового соответствия выполнено. Чтобы получить широкополосную операцию, neff должен быть одинаковыми в широком спектральном диапазоне. При использовании стандартного SM волокна, его neff не соответствовал neff для FM волокна во всем рабочем диапазоне длин волн, что, соответственно, не позволяет использовать объединитель в широком диапазоне длин волн. Другой подход основан на тейпированной структуре, которая обеспечивает гораздо лучшую стабильность, однако она сложно реализуема, особенно в каскадной структуре.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ (ПП)
Измерение ПП для мод имеет важное значение для изготовления делителя. Измерение производится через призму, как показано на рис. 4. Экранирующее поле протекающих мод в области полированных волокон проникает в призму, и в зависимости от отклонения угла мы можем определить neff
,
где np – показатель преломления призмы. На рисунке 4b измеренный график интенсивности излучаемого света в зависимости от высоты экрана (h) для мод в волокне FM на длине волны 1550 нм.
На рис. 5 изображены графики измеренного ПП для различных мод в зависимости от длины волны (1 515–1 590 нм) и используемых волокон. Как видно на рис. 5 (верхний), зависимость neff от длины волны почти линейна, но с разными наклонами для разных мод. В идеальном случае следует использовать три разных SM волокна, которые имеют соответствующие значения ПП, согласующегося с характеристиками мод высших порядков в FM волокне в широком диапазоне длин волн. На практике используется SM волокно, но с большей числовой апертурой (NA). При этом сохраняется зависимость длины волны от ПП (d neff / dλ).
В качестве примера на рис. 5 (нижний) изображена зависимость ПП от длины волны для моды LP02 в FM волокне (красная линия) по сравнению с результирующим режимом в SM волокне (темно-синяя линия), показывающая хорошее совпадение. Для сравнения показаны значения для согласования в стандартном SM волокне, где можно увидеть большое несоответствие (зеленая линия).
Волокна в эксперименте имели номинальные NA в диапазоне 0,2–0,3. Сужение волокон проводилось путем нагрева и вытягивания (тейпирования), что уменьшает neff [7]. Правильный диаметр конуса рассчитывали путем численного моделирования распространения мод в SM волокне [8]. Оптимальный диаметр конуса определяли после эксперимента.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОЕДИНЕНИЯ МОД
Взаимодействие мод между модами более высокого порядка (HOM) в маломодовом волокне (FMF) и модами LP01 в одномодовом волокне (SMF) описывается теорией связи мод [9]:
,
где Pin и Pout – входная мощность и мощность соединения соответственно, κ – постоянная соединения, z – длина взаимодействия и δ = Δ / 2 β – постоянная распространения волны (β) между модами в FM и SM волокне. Согласно уравнению 2, разность в neff между модой (target mode) в маломодовом волокне и модой LP01 в одномодовом волокне должна быть минимизирована для увеличения мощности взаимодействия. Например, когда значение z составляет 1,6 мм (что соответствует нашему случаю), и κ z = π / 2 при 1550 нм, значение δ должно быть меньше 2,2 Ч 10–4, тем самым коэффициент соединения составит 80%. В данной работе эффективность соединения (Ce) определяется отношением выходной мощности моды в FM волокне и выходной мощностью моды LP01 в SM волокне.
Остальная часть входной мощности пришлась на нежелательную моду LP21 (8,2%), потери в точках сращивания (номинально 6–10%) и некоторые оставшиеся моды в SMF (~1%). Измерения проводились следующим способом. Входная мощность была измерена при помощи измерителя мощности. Общая выходная мощность FM волокна, которую измеряли также с помощью измерителя мощности, может содержать сигналы от нежелательных мод. Для измерения потерь при изгибе на выходном маломодовом волокне была сформирована петля. Результаты показали, что при диаметре изгиба волокна 20 мм потери составляют 20 дБ для моды LP02 без существенного влияния на другие моды. В случае с модой LP21 потери на изгибе составляют менее 0,1 дБ при диаметре 20 мм и 17 дБ при требуемом диаметре изгиба – 6 мм. Значения потерь на изгибе для мод LP01 и LP11 были незначительными. Деградация Се в L – диапазоне на рис. 6 (b) считается из конечной спектральной полосы пропускания экранирующего поля разветвителя, т. е. неидеального согласования ПП.
МУЛЬТИПЛЕКСОР С РАЗДЕЛЕНИЕМ МОД (МОДОВЫЙ МУЛЬТИПЛЕКСОР)
Четырехмодовые мультиплексоры(MDM) компании KS Photonics сконструированы путем каскадирования трехмодовых объединителей (MSC), как показано на рис. 6. Чтобы предотвратить потери в точках сращивания, была использована непрерывная цепь из FM волокон для всех трех MSC. Входные порты для четырех мод оснащены пигтейлами со стандартным одномодовым волокном, чтобы сделать их совместимыми с системами связи. Чтобы отсечь нежелательный оптический сигнал в моде LP02, соединенной с LP21 MSC, был установлен модовый фильтр между LP21 и LP02, выполненный изгибом волокна диаметром 20 мм. Однако наличие фильтра не позволяло измерить соединение мод LP21 или LP02, которое, как полагают, связано с большим разделением ПП между модой LP11 и модами более высокого порядка.
Коэффициент экстинкции RE MSC является важным параметром и определяется формулой:
.
где Ptarget – оптическая мощность соединения с выбранной (желаемой) модой, Pother – оптическая мощность соединения с нежелательными модами.
Измерение RE для мод LP01 и LP11 должно производиться в процессе изготовления MSC, поскольку после сборки измерение коэффициента экстинкции становится невозможным. Чтобы определить RE, излучение подается на один входной порт, оптическая мощность измеряется на выходном порту до и после нежелательных мод, как описано в предыдущем разделе. Разделение мод выполнялось путем изгиба волокна или с использованием жидкости со сходным ПП, на половинках разветвителя после измерения каждого MSC. С этой целью MSC были собраны в порядке мод: LP11, LP21 и LP02. Было подтверждено, что процесс сборки LP21 и LP02 MSC не вызвал дополнительных потерь для мод LP01 и LP11.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ШЕСТИМОДОВОГО МУЛЬТИПЛЕКСОРА
Структура шестимодового мультиплексора схожа со структурой, представленной на рис. 7. Для согласования ПП для моды LP01 в одномодовом волокне с модами высших порядков в FM волокне SM волокно подверглось тейпированию. FM волокно, легированное германием, со ступенчатым индексом ПП использовалось для передачи шести мод LP01, LP11a / 11b, LP21a / 21b, and LP02. Каждое волокно заключено в кварцевый блок, а оболочка волокна частично сполирована. Стандартные эффективности объединения мод LP11, LP21, and LP02 были 80%, 70%, и 80% в С-диапазоне. Полная конструкция представлена на рис. 8.
Для измерения характеристик использовался сканирующий интерферометр. Он измерял матрицу передаточных функций амплитуды и фазы между вводом и выводом. Модовые потери (MDL) анализировались разложением сингулярных значений из измеренной матрицы. Схема измерения представлена на рис. 9.
ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА. ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ
На рис. 10 изображена экспериментальная установка для передачи данных методом модового разделения каналов. Тридцать каналов с шагом 100 ГГц в C-диапазоне (1 534,25–1 557,36 нм) генерировались лазерами с распределенной обратной связью (DFB). Переключатель с выборкой по длине волны использовался для выравнивания оптической мощности во всех каналах. Каждая группа каналов усиливалась эрбиевым усилителем, а затем направлялась на IQ-модулятор. Оба IQ-модулятора управлялись независимыми битовыми последовательностями длиной 216 символов, сгенерированными цифровыми аналоговыми преобразователями 60 Гиговыборок / с (ЦАП). Модуляторы были с волоконными выводами. Сигналы поступают на стадию мультиплексирования с разделением поляризации, где два поляризационных разделения задерживаются на 382 нс. Полученный поляризованный квадратурный фазовый сдвиг (120 Гбит / с (DP-QPSK)) был разделен на шесть копий с относительными задержками 0, 50, 100, 150, 200 и 250 нс. Шесть декоррелированных сигналов были подключены к волоконным вводам 6-модового мультиплексора.
6-режимные мультиплексированные сигналы подавались в циркуляционный контур. Для передачи сигналов по многооборотным циклам использовfлся акустооптический переключатель (AOS). Такие оптические компоненты, как AOS, линзы и светоделители (BS) были установлены для поддержания распространения нескольких мод.
Все четыре порта петли были с волокном со ступенчатым профилем ПП, поддерживающими приблизительно 15 / 9 мод. Затем эти волокна тейпированы (вытяжка до 1 м), что дало нам шестимодовое волокно. Данная вытяжка была нацелена на уменьшение количества мод, передающих сигнал.
Линия передачи составляла 58,5 км с усилением по ММ-EDFA. MM-EDFA (с) использовался в качестве линейного усилителя для компенсации потерь в волокне и других оптических компонентов в линии. Сигналы были направлены сквозь поляризационный делитель (BS), а затем демультиплексированы на шесть мод. Тестируемый канал длины волны фильтровали с помощью блока (WB). Шесть когерентных приемников с поляризационным разнесением (PD-CRx) использовались для детектирования сигналов. Итого двадцать четыре электрических сигнала в интервале времени 100 мкс были одновременно переданы на модульный цифровой осциллограф, работающий со скоростью дискретизации 40 ГГц / с и полосой пропускания 20 ГГц.
Также для линии был измерен параметр BER – достоверность передачи данных, составивший для моды LP01 менее 2 · 10–5 во всем диапазоне длин волн.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе продемонстрирован принцип работы волоконного модового мультиплексора на основе каскадных модоселективных разветвителей с широким диапазоном пропускания. Эффективность соединения на всем диапазоне длин волн от 1515 до 1590 нм варьировалась от 87% для моды LP01, в худшем случае – более 55% для моды LP21. Значительно улучшенная производительность была достигнута путем сопоставления neff по рабочей длине волны для маломодового и одномодового волокон. Это устройство может быть полезно для дальнейшей разработки мультиплексированных систем связи с высокой пропускной способностью. Эксперимент показал, что передача информации методом мультиплексирования мод возможна. Также можно ожидать, что производительность мультиплексора может быть улучшена за счет эффективного мультиплексирования дегенеративных асимметричных мод.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Tkach R. Scaling optical communications for the next decade and beyond. Bell Labs Technical Journal. 2010; 14(4): 3–9.
2. Mode Division Multiplexer. KS Photonics website. Available at: http://ksphotonics.com / product / directional-couplers / pm-fiber-coupler / .
3. Iano S. et al. Multicore optical fiber. Optical Fiber Communication Conference. Optical Society of America, 1979; WB1.
4. Berdaguй S. S., Facq P. Mode division multiplexing in optical fibers. Applied optics. 1982; 21(11): 1950–1955.
5. Sorin W. V., Kim B. Y., Shaw H. J. Highly selective evanescent modal filter for two-mode optical fibers. Optics Letters. 1986; 11(9): 581–583.
6. Park K. J. et al. All-fiber mode division multiplexer optimized for C-band. Optical Fiber Communication Conference. Optical Society of America, 2014: M3K. 2.
7. Love J. D. et al. Tapered single-mode fibres and devices. Part 1: Adiabaticity criteria. IEE Proceedings J (Optoelectronics). 1991; 138(5): 343–354.
8. Ромашова В. Б., Лин Дж., Буров Н. Высокомощные волоконные объединители. Фотоника. 2018; 69 (1):16–28. DOI: 10.22184 / 1993–7296.2018.69.1.16.28.
Burov N. V., Lin J., Romashova V. B. High-power fiber combiners. Photonics Russia.2018; 69(1): 16–28. DOI: 10.22184 / 1993–7296.2018.69.1.16.28.
9. Yariv A. Coupled-mode theory for guided-wave optics. IEEE Journal of Quantum Electronics. 1973; 9(9): 919–933.
Отзывы читателей
