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光纤通信传输的必然发展趋势

目前，随着云计算、高清视频、物联网、5G通信系统的蓬勃发展，全球网络流量急剧增加。普通单芯单模光纤的传输受到香农极限的限制。未来几年，光网络增长乏力与市场高带宽需求之间的矛盾将日益突出，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容问题，业界公认的提高单纤容量的技术方案是采用空分复用技术。多芯光纤、多模光纤或多芯多模光纤是光纤通信传输趋势的必然发展。

图1． 单根光纤传输

多芯光纤可有效提高光纤的空间密度，已被海外互联网巨头抢先应用。为了抢占通信市场，扩大光纤的传输频段，早在2018年，Facebook和谷歌就赌上了增加电缆中光纤数量的方法。比如谷歌今年1月投入使用的杜南光缆，光纤12对，总容量250Tbit/s。而其在大西洋建设的两个网络甚至使用了16对光纤，预计将实现350至370 Tbit/s的满容量。而最近，在 10 月中旬，Facebook 委托 NEC 建造了世界上容量的海底电缆——新的跨大西洋电缆，它使用了 24 对光纤。建成后，它将成为世界上最繁忙的A高速公路，打破北美和欧洲之间每秒500TB（约4000张蓝光光盘数据）的总传输容量的记录。同时，Benjamin J． Puttnam 领导的一个研究小组报告说，他们的团队使用外径为 0.125 毫米的 4 芯光纤来传输数据。通过结合各种放大器技术，他们构建了一个利用 WDM 技术并创建标准包层的传输系统。直径光纤传输数据记录：让每个通道在最远3001公里的距离内达到319Tbit/s的传输吞吐量数据率。

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（MCF）中的多芯共享相同的包层。这种高密度、多通道的结构具有生产成本低、节省空间、传输容量高等优点。因此，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。

新型多芯光纤技术的研究是解决未来通信扩展问题的研究重点之一。但是，截至目前，多芯光纤的设计还没有统一的国际标准。高科技企业在制造多芯光纤时，关心芯数、纤芯排列、纤芯尺寸、纤芯间距、折射率分布等，各不相同，增加了不同类型光纤之间熔接的难度。多芯光纤。

如，FiberHome Fujikura Optic Technology Co． Ltd 等公司需要需要熔接异种多芯光纤来建立一个长距离多芯光纤传输系统。然而，有限的多芯光纤扇入和扇出设备可能与传输系统中使用的多芯光纤不匹配。

“低损耗光纤熔接技术是光纤器件和系统的基础。在学术研究中，只报道了同种多芯光纤熔接的进展，但不同类型光纤熔接的技术瓶颈问题多芯光纤熔接仍未解决 国外一些研究人员甚至认为，不同类型多芯光纤的熔接几乎是不可能的，这严重阻碍了该领域的广泛应用。”肖立民说，建立一个巨大的多芯光纤多路复用系统来拼接不同种类的光纤，尤其是纤芯。不同节距的多芯光纤是目前无法回避的技术瓶颈。

为攻克多芯光纤技术发展带来的这一技术难题，复旦大学信息科学与工程学院肖立民课题组终于在多芯光纤熔接方面取得了新的国际突破潜心研究后的技术。研制了性能优良的多芯光纤纤芯间距转换器，实现了异种多芯光纤之间的低损耗、低串扰熔接。

肖力敏课题组提出了多芯光纤拉锥技术（图2），包括正向拉锥与反向拉锥两种技术，均可以用来调整多芯光纤芯间距并同时调控多纤芯的模式特性。

图2 两种多芯光纤芯间距转换器示意图

基于多芯光纤反向拉锥这项技术，通过匹配异种多芯光纤的芯间距和模场直径，肖力敏课题组可为两种芯间距不匹配的多芯光纤精准制备低损耗、低串扰的芯间距转换器。

对于两种结构不同、芯间距相差26 μm的多芯光纤（图3（a， b）），肖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。

对于结同、芯间距略有不同的多芯光纤（图3（b， c）），芯间距转换器损耗低至0．17 dB、串扰低至－66 dB。

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图3 三种多芯光纤芯端面显微图

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异种多芯光纤熔接技术难题，为多芯光纤器件的制备提供了独特的视角，将释放多芯光纤在实际应用中的更多潜能。