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作者：Gail Overton

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16µm，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).