eng
Выпуск #6/2014
В.Михайлов, Дж.Фини, Л.Менг, Б.Манган, Дж.Николсон, Р.Винделер, Э.Монберг, Ф.ДиМарчелло, П.Вестбрук
Передача по дырчатому одномодовому волокну со скоростью 10 и 120 Гбит/с без FEC
Передача по дырчатому одномодовому волокну со скоростью 10 и 120 Гбит/с без FEC
Просмотры: 2747
Дырчатые оптические волокна – это оптические волноводы, оболочки которых сформированы из двумерного, как правило – периодического набора плотноупакованных полых нитей (сот).
Дырчатое оптоволокно с полой сердцевиной (HCF, Hollow Core Fibre, оптоволокно с пустотелой сердцевиной) было предложено для применения там, где необходимо малое время задержки, поскольку скорость распространения света в воздухе в 1,45 раза выше, чем в стекле. Так, недавно по HCF-волокну с 37-сотовой сердцевиной (диаметр модового пятна порядка 26 мкм) была продемонстрирована передача мультиплексированного сигнала c модовым разделением каналов (MDM – Mode Division Multiplexing) со скоростью 73,7 Тбит/с и потерями 3,4 дБ/км на расстояние 310 м. Однако технология MDM требует сложной цифровой обработки для разделения сигналов с разными модами, а для снижения достаточно высокой интенсивности ошибок BER = 2 × 10-3 необходимы алгоритмы прямой коррекции ошибок FEC (Forward Error Correction) [1]. На относительно коротких линиях, менее 10 км (например, ЦОД и т.п.) технологии цифровой обработки привносят большую задержку, чем выигрыш от применения HCF-волокна. Поэтому для достижения низкого уровня ошибок желательно применять HCF-волокно в одномодовом режиме. В принципе, HCF-волокно можно сделать одномодовым за счет уменьшения диаметра сердцевины, но возни-
кающие при этом потери – около 180 дБ/км – слишком велики для его практического использования [2].
Один из способов достижения одномодовой передачи по многомодовому HCF-волокну – это соединение встык HCF и обычного одномодового волокна (SMF) и возбуждение только основной моды за счет точной стыковки SMF-пигтейла и HCF-кабеля [3]. На основе этой техники была продемонстрирована передача со скоростью 37×40 Гбит/с через HCF-волокно длиной 280 м. Однако на практике соединение встык затруднительно, поскольку требует прецизионного совмещения оптических волокон. Кроме того, может быть разработано волокно с малыми межмодовыми помехами. Так, в работе [4] была продемонстрирована передача по волокну с 19-сотовой сердцевиной сигнала с несущей длиной волны 1,8 мкм на расстояние 310 м со скоростью 8 Гбит/с при BER = 10-11. Затухание при этом составило 1,5 дБ. Однако для возбуждения основной моды тоже использовалось соединение встык и точное совмещение волокон.
В этой работе мы демонстрируем новый подход к созданию одномодового дырчатого оптоволокна с полой сердцевиной с рабочим диапазоном длин волн в районе 1,55 мкм, которое обеспечивает низкую задержку и малый уровень потерь. Вместо предотвращения возбуждения мод высоких порядков и снижения межмодовых помех, в нашем волокне моды высоких порядков подавляются с помощью двух дополнительных полых сердцевин, расположенных в общем сердечнике рядом с центральной полой сердцевиной. Это позволяет сращивать SMF-пигтейлы непосредственно с HCF. В результате мы снизили уровень затухания, вызываемого модами высших порядков, ниже 0,1 дБ на отрезке HCF-кабеля длиной 1 м и на катушке HCF-кабеля длиной 300 м. При этом транслировались сигналы с когерентной квадратурной фазовой модуляцией с двойной поляризацией (DP-QPSK) со скоростью 120 Гбит/с, а также с модуляцией интенсивности оптического излучения в начале линии и прямым детектированием излучения фотодиодными приемниками на выходе (IM/DD) со скоростью 10 Гбит/с, с цифровой обработкой в приемнике и без нее, соответственно. Мы также сравнили HCF c тремя полыми сердцевинами (Tri-Core HCF) с HCF одним полым каналом и продемонстрировали улучшение пропускной способности в случае Tri-Core HCF для скорости передачи 10-Гбит/с и 120-Гбит/с. Насколько нам известно, это первая одномодовая передача сигнала через HCF-волокно без ошибок, с малой задержкой и низкими потерями на длине волны 1,55 мкм, при реальных условиях передачи и без применения FEC.
Конструкция и изготовление волокна
Мы добились одномодового режима передачи, используя новый подход для существенного подавления высших мод: возмущенный резонанс для улучшения одномодового режима (PRISM, Perturbed Resonance For Improved Single Modedness) [5]. Как и более простые резонансно-связанные схемы [6], он использует высокую избирательность когерентной (по фазе) связи для одновременного достижения низких потерь (порядка единиц дБ/км) и одномодового режима работы (рис.1а). Конструкция волокна преду-сматривает наличие в волокне трех полых сердцевин – основной и двух "шунтирующих". Эффективный индекс боковых "шунтирующих" сердцевин достаточно далек от основной моды центральной сердцевины, за счет чего связь между ними незначительна. Однако высшие моды центральной сердцевины согласованы по индексу с модой "шунтов", и сигналы с этими модами эффективно перетекают в "шунты" уже на длине кабеля в 1 м.
Помимо этого, механизм PRISM использует возмущения для обеспечения надежности этой связи. Поскольку условия резонансной связи [6] очень чувствительны к геометрии волокна, его реальные, обусловленные производством неоднородности могут полностью разрушить одномодовый режим. Концепция PRISM использует меняющиеся по длине возмущения для спорадического устранения рассогласования фаз, обусловленного производственными дефектами (рис.1б). Возмущения легко возникают при сматывании или прокладке волоконного кабеля: под воздействием изгибов в каждой из сердцевин будут возникать возмущения, меняющие их эффективные индексы и приводящие к расширению условий совпадения индексов. Это иллюстрирует смоделированный (рис.2) эффективный индекс для основной моды, группы мод типа LP11 и нескольких мод, распространяющихся, в основном, по "шунтирующим" световодам, но при этом обладающих значительным содержанием поверхностных мод. В данной модели расстояние между полыми каналами составляло 4,9 мкм, удельный объем воздуха – 95,6%. Как видно из рисунка, "шунтирующие" моды не совпадают по наклону с кривой LP11 и существенно расходятся по индексам. Закрашенные зеленым области отображают полный диапазон смещения "шунтирующих" мод из-за вызванных изгибом отклонений индексов ±a/Rcurv по мере изменения ориентации (расстояние между центрами полых сердцевин a = 24,6 мкм; для наглядности использован диаметр изгиба 2Rcurv = 6 см). Моды LP11 (красная линия) попадают в зону, закрашенную зеленым цветом, при длинах волн порядка 1,57 мкм, где потери низки, благодаря чему даже при значительном расхождении индексов может достигаться подавление высших мод. Таким образом, механизм PRISM обеспечивает не только устойчивость к отклонениям в размерах сердцевины, но и надежное взаимодействие между "шунтирующими" и поверхностными модами.
В ходе наших работ были изготовлены дырчатые волокна как с одной, так и с тремя полыми сердцевинами, причем для изготовления использовалась технология укладки и вытяжки [7].
Ее суть: сначала капилляры (пустотелые стеклянные нити, соты) укладывались в плотный пучок, из которого затем удаляли 7 или 19 капилляров (сот), тем самым формировались пустотелые каналы. Затем пучок капилляров вытягивали в микроструктурированный стержень (преформу), из которого вытягивали волокно. Диаметр 19-сотовой сердцевины составлял 25,6 мкм,
шаг сот – 5,2 мкм, а удельный объем воздуха внутри оболочки – около 96% (рис.5). В волокне с тремя сердцевинами имелась центральная сердцевина из 19 сот и две "шунтирующие" сердцевины по 7 сот каждая (рис.6). Диаметр центральной сердцевины составлял 23,0 мкм, а "шунтирующих" сердцевин – 13,6 мкм. Расстояние между каналами составило 4,5 мкм, удельный объем воздуха примерно 95%.
Для экспериментальной проверки подавления высших мод мы измерили общее содержание этих мод на патчкорде HCF длиной 1 м, используя для исследования спектра анализ Фурье [8]. HCF-оптоволокно приваривалось встык к стандартным одномодовым пигтейлам, при этом использовалась сварка с длительностью первого дугового разряда 100 мс, за которой следовала серия из пяти дуговых разрядов по 35 мс с интервалами по 500 мс между ними, причем контрольное испытание не проводилось. Сварные соединения защищались термоусадочными муфтами.
Для обоих типов HCF-волокон потери на одном участке стыковки составляли ~0,8 дБ, общие потери на метровом патчкорде HFS, сваренном с двумя SMF-пигтейлами – 3,2 ± 0,2 дБ, что связано с разницей в диаметрах модовых пятен для SMF (9 мкм) и для HCF (~15 мкм). Однако намотка HCF-волокна на катушку диаметром 4 см показала, что в случае волокна с тремя полыми сердцевинами достигается значительное – до уровня -35 дБ – подавление мод высшего порядка (рис.3) во всем диапазоне передачи, в то время как на катушке HCF-кабеля с одной полой сердцевиной никакого подавления высших мод не наблюдалось.
Результаты передачи сигналов
Для оценки параметров передачи HCF обоих типов мы использовали патчкорды длиной 1 м и 300-м отрезки волокна на катушках диаметром 15 см. Для эффективного устранения высших мод при общем увеличении менее чем на 0,3%, на патчкордах был 25-см участок, где волокно было пять раз по спирали навито на стержень диаметром 3,4 мм. Аналогично, на входах 300-метровых отрезков HCF участок длиной 1 м был намотан на катушку диаметром 4 см. Ко всем образцам были приварены SMF-пигтейлы; общие потери на метровом и 300-метровом образцах составили 3,2 ±
0,2 и 5,2 ± 0,2 дБ, соответственно. Измеренное затухание в волокне для HCF-волокна с одной сердцевиной составило 5,8 дБ/км, для Tri-Core HCF – 5,7 дБ/км (рис.3). Дифференциальная групповая задержка (DGD) для обоих типов волокон составила около 18 пс, а измеренная задержка распространения – 3,4 нс/м. Ширина полосы пропускания по уровню 1 дБ для HCF-волокна с тремя сердцевинами составляла 9 нм, с одной сердцевиной – 16 нм.
Для оценки качества передачи транслировались сигналы с модуляцией IM/DD со скоростью 10 Гбит/с, а также сигналы с модуляцией DP-QPSK со скоростью 120 Гбит/с и цифровой обработкой сигнала в реальном времени [9, 10] (рис.4). В эксперименте с передачей 10-Гбит/с сигнала перестраиваемый по частоте лазер управлялся с помощью модулятора Маха-Цандера (MZM). Он, в свою очередь, модулировался двоичной псевдослучайной последовательностью с длиной цикла 231-1 со скоростью 10,653 Гбит/с. В приемной части сигнал детектировался с помощью прием-
ника на основе лавинного фотодиода (APD) с восстановлением тактовой частоты, а интенсивность битовых ошибок BER подсчитывалась с помощью детектора ошибок.
В конфигурации с 120-Гбит/с сигналами в передающей части транспондера перестраиваемый узкополосный лазер модулировался с помощью двух параллельных квадратурных модуляторов Маха-Цандера (Q-MZM). Они управлялись четырьмя потоками данных по 30 Гбит/с, причем была реализована кадровая передача с полезной нагрузкой в виде псевдослучайной двоичной последовательности с циклом 231 – 1. В итоге общая скорость в линии составляла 120,579 Гбит/с. Приемник состоял из 90°-поляризационно-квадратурного смесителя, интегрированного балансного аналогового входного каскада с линейными усилителями, гетеродина на основе перестраиваемого лазера и четырех 8-разрядных АЦП с частотой выборки 63 ГГц. Для компенсации хроматической и поляризационной модовой дисперсии (PMD), а также для восстановления тактовой и несущей частот в приемнике использовалось устройство цифровой обработки сигнала. В трансивере была встроенная функция контроля интенсивности ошибок BER до стадии FEC, которая использовалась для оценки HCF-волокон. Передатчик был настроен на канал (в частотной сетке ITU), близкий к центру полосы пропускания HCF-волокна: 1552,12 нм для волокна с тремя сердцевинами и 1560,02 нм – с одной сердцевиной. В цепь передатчика перед HCF-волокном был включен поляризационный скремблер со средней и пиковой скоростью скремблирования 250 и 700 рад/с соответственно. Назначение скремблера двоякое: во-первых, реалистично измерить потери, обусловленные дифференциальной групповой задержкой, а во-вторых, обеспечить все разнообразие вариантов многолучевых интерференций, вызванных обратными отражениями на границах воздух/стекло.
На рис.5 интенсивность ошибок (BER) отображена как функция мощности приемника для передачи со скоростью 10 Гбит/с. При BER = 10-12 затухание на 1 и 300 м волокна с одной сердцевиной составили 1,5 и 1,2 дБ соответственно. Меньшее значение потерь на 300 м (по сравнению с затуханием на 1 м) объясняется подавлением мод высшего порядка при передаче по волокну, намотанному на катушку. Для Tri-Core HCF затухание составило 0 и 0,4 дБ на 1 и 300 м соответственно. Поскольку у обоих типов волокна дифференциальная групповая задержка (DGD) составляла 18 пс, для сравнения мы измеряли параметры передачи на отрезке PM-волокна (волокна, сохраняющего состояние поляризации) с тем же значением DGD. Измеренное в PM-волокне затухание при значении BER 10-12 составил 0,4 дБ, то есть оказалось равным затуханию для Tri-Core HCF.
При передаче со скоростью 120 Гбит/с (рис.6) для 1- и 300-м образцов волокна с одной полой сердцевиной заметное ухудшение BER начинается с уровня 10-8. Однако для аналогичных образцов Tri-Core HCF видимое отклонение кривых BER от измеренных значений для прямого соединения и для PM-волокна отсутствовала до уровня BER = 2 × 10-14 (для BER ~10-14 насчитывалось не менее 250 ошибок; при этом задержка DGD компенсировалась цифровой обработкой сигнала).
В целях исследования изменения качества передачи в зависимости от длины волны мы измеряли добротность по всей ширине полосы пропускания волокна при мощности прием-ника -20,2 дБм. Среднее значение добротности для волокна с тремя сердцевинами составило 16,3 дБ, а для волокна с одной сердцевиной – 15,4 дБ при стандартных отклонениях 0,1 и 0,42 дБ соответственно.
Таким образом, мы представили новое дырчатое оптическое волокно с тремя полыми сердцевинами Tri-Core HCF для одномодовой передачи с малой задержкой при длине волны около 1,55 мкм и потерями, составившими 5,7 дБ/км. Мы продемонстрировали эффективное подавление мод высшего порядка на образце HCF-волокна с приваренными встык SMF-пигтейлами, достигнутое за счет использования возмущенного резонанса между основной и "шунтирующими" сердцевинами. Представлены результаты передачи по HCF-волокну длиной 1 м и 300 м с тремя сердцевинами с использованием форматов модуляции IM/DD со скоростью 10 Гбит/с и DP-QPSK со скоростью 120 Гбит/с. При этом продемонстрировано нулевое значение потерь, обуславливаемых высшими модами, а также отсутствие ошибок до стадии FEC вплоть до уровней BER 10-12 и 2 × 10-14 для скоростей передачи 10 и 120 Гбит/с соответственно. Насколько нам известно, это первая одномодовая передача по дырчатому HCF-волокну без ошибок, причем без оптимизации условий возбуждения.
Литература
Jung Y. et al., Proc. OFC’13, PDP5A (2013).
Petrovich M., et. al., Opt. Express 16, 4337, (2008).
Slavik R. et al., Proc. ECOC’13 Mo.2.F.2 (2013).
Petrovich M. et al., Proc. ECOC’13 Th.3.A.5 (2013).
Fini J., et. al., 21, 6233 Opt.Express (2013).
Fini J., Opt. Express 14, 11354 (2006).
Knight J., Opt. Letters., Vol. 21 (19), 1547, (1996)
Nicholson J., et. al. Opt. Express 20, 20494, (2013).
C.Fludger et al., J. Light. Technol. 26, 64 (2008).
G.Zhang et al., Proc. OFC’12, PDP5D4 (2012).
кающие при этом потери – около 180 дБ/км – слишком велики для его практического использования [2].
Один из способов достижения одномодовой передачи по многомодовому HCF-волокну – это соединение встык HCF и обычного одномодового волокна (SMF) и возбуждение только основной моды за счет точной стыковки SMF-пигтейла и HCF-кабеля [3]. На основе этой техники была продемонстрирована передача со скоростью 37×40 Гбит/с через HCF-волокно длиной 280 м. Однако на практике соединение встык затруднительно, поскольку требует прецизионного совмещения оптических волокон. Кроме того, может быть разработано волокно с малыми межмодовыми помехами. Так, в работе [4] была продемонстрирована передача по волокну с 19-сотовой сердцевиной сигнала с несущей длиной волны 1,8 мкм на расстояние 310 м со скоростью 8 Гбит/с при BER = 10-11. Затухание при этом составило 1,5 дБ. Однако для возбуждения основной моды тоже использовалось соединение встык и точное совмещение волокон.
В этой работе мы демонстрируем новый подход к созданию одномодового дырчатого оптоволокна с полой сердцевиной с рабочим диапазоном длин волн в районе 1,55 мкм, которое обеспечивает низкую задержку и малый уровень потерь. Вместо предотвращения возбуждения мод высоких порядков и снижения межмодовых помех, в нашем волокне моды высоких порядков подавляются с помощью двух дополнительных полых сердцевин, расположенных в общем сердечнике рядом с центральной полой сердцевиной. Это позволяет сращивать SMF-пигтейлы непосредственно с HCF. В результате мы снизили уровень затухания, вызываемого модами высших порядков, ниже 0,1 дБ на отрезке HCF-кабеля длиной 1 м и на катушке HCF-кабеля длиной 300 м. При этом транслировались сигналы с когерентной квадратурной фазовой модуляцией с двойной поляризацией (DP-QPSK) со скоростью 120 Гбит/с, а также с модуляцией интенсивности оптического излучения в начале линии и прямым детектированием излучения фотодиодными приемниками на выходе (IM/DD) со скоростью 10 Гбит/с, с цифровой обработкой в приемнике и без нее, соответственно. Мы также сравнили HCF c тремя полыми сердцевинами (Tri-Core HCF) с HCF одним полым каналом и продемонстрировали улучшение пропускной способности в случае Tri-Core HCF для скорости передачи 10-Гбит/с и 120-Гбит/с. Насколько нам известно, это первая одномодовая передача сигнала через HCF-волокно без ошибок, с малой задержкой и низкими потерями на длине волны 1,55 мкм, при реальных условиях передачи и без применения FEC.
Конструкция и изготовление волокна
Мы добились одномодового режима передачи, используя новый подход для существенного подавления высших мод: возмущенный резонанс для улучшения одномодового режима (PRISM, Perturbed Resonance For Improved Single Modedness) [5]. Как и более простые резонансно-связанные схемы [6], он использует высокую избирательность когерентной (по фазе) связи для одновременного достижения низких потерь (порядка единиц дБ/км) и одномодового режима работы (рис.1а). Конструкция волокна преду-сматривает наличие в волокне трех полых сердцевин – основной и двух "шунтирующих". Эффективный индекс боковых "шунтирующих" сердцевин достаточно далек от основной моды центральной сердцевины, за счет чего связь между ними незначительна. Однако высшие моды центральной сердцевины согласованы по индексу с модой "шунтов", и сигналы с этими модами эффективно перетекают в "шунты" уже на длине кабеля в 1 м.
Помимо этого, механизм PRISM использует возмущения для обеспечения надежности этой связи. Поскольку условия резонансной связи [6] очень чувствительны к геометрии волокна, его реальные, обусловленные производством неоднородности могут полностью разрушить одномодовый режим. Концепция PRISM использует меняющиеся по длине возмущения для спорадического устранения рассогласования фаз, обусловленного производственными дефектами (рис.1б). Возмущения легко возникают при сматывании или прокладке волоконного кабеля: под воздействием изгибов в каждой из сердцевин будут возникать возмущения, меняющие их эффективные индексы и приводящие к расширению условий совпадения индексов. Это иллюстрирует смоделированный (рис.2) эффективный индекс для основной моды, группы мод типа LP11 и нескольких мод, распространяющихся, в основном, по "шунтирующим" световодам, но при этом обладающих значительным содержанием поверхностных мод. В данной модели расстояние между полыми каналами составляло 4,9 мкм, удельный объем воздуха – 95,6%. Как видно из рисунка, "шунтирующие" моды не совпадают по наклону с кривой LP11 и существенно расходятся по индексам. Закрашенные зеленым области отображают полный диапазон смещения "шунтирующих" мод из-за вызванных изгибом отклонений индексов ±a/Rcurv по мере изменения ориентации (расстояние между центрами полых сердцевин a = 24,6 мкм; для наглядности использован диаметр изгиба 2Rcurv = 6 см). Моды LP11 (красная линия) попадают в зону, закрашенную зеленым цветом, при длинах волн порядка 1,57 мкм, где потери низки, благодаря чему даже при значительном расхождении индексов может достигаться подавление высших мод. Таким образом, механизм PRISM обеспечивает не только устойчивость к отклонениям в размерах сердцевины, но и надежное взаимодействие между "шунтирующими" и поверхностными модами.
В ходе наших работ были изготовлены дырчатые волокна как с одной, так и с тремя полыми сердцевинами, причем для изготовления использовалась технология укладки и вытяжки [7].
Ее суть: сначала капилляры (пустотелые стеклянные нити, соты) укладывались в плотный пучок, из которого затем удаляли 7 или 19 капилляров (сот), тем самым формировались пустотелые каналы. Затем пучок капилляров вытягивали в микроструктурированный стержень (преформу), из которого вытягивали волокно. Диаметр 19-сотовой сердцевины составлял 25,6 мкм,
шаг сот – 5,2 мкм, а удельный объем воздуха внутри оболочки – около 96% (рис.5). В волокне с тремя сердцевинами имелась центральная сердцевина из 19 сот и две "шунтирующие" сердцевины по 7 сот каждая (рис.6). Диаметр центральной сердцевины составлял 23,0 мкм, а "шунтирующих" сердцевин – 13,6 мкм. Расстояние между каналами составило 4,5 мкм, удельный объем воздуха примерно 95%.
Для экспериментальной проверки подавления высших мод мы измерили общее содержание этих мод на патчкорде HCF длиной 1 м, используя для исследования спектра анализ Фурье [8]. HCF-оптоволокно приваривалось встык к стандартным одномодовым пигтейлам, при этом использовалась сварка с длительностью первого дугового разряда 100 мс, за которой следовала серия из пяти дуговых разрядов по 35 мс с интервалами по 500 мс между ними, причем контрольное испытание не проводилось. Сварные соединения защищались термоусадочными муфтами.
Для обоих типов HCF-волокон потери на одном участке стыковки составляли ~0,8 дБ, общие потери на метровом патчкорде HFS, сваренном с двумя SMF-пигтейлами – 3,2 ± 0,2 дБ, что связано с разницей в диаметрах модовых пятен для SMF (9 мкм) и для HCF (~15 мкм). Однако намотка HCF-волокна на катушку диаметром 4 см показала, что в случае волокна с тремя полыми сердцевинами достигается значительное – до уровня -35 дБ – подавление мод высшего порядка (рис.3) во всем диапазоне передачи, в то время как на катушке HCF-кабеля с одной полой сердцевиной никакого подавления высших мод не наблюдалось.
Результаты передачи сигналов
Для оценки параметров передачи HCF обоих типов мы использовали патчкорды длиной 1 м и 300-м отрезки волокна на катушках диаметром 15 см. Для эффективного устранения высших мод при общем увеличении менее чем на 0,3%, на патчкордах был 25-см участок, где волокно было пять раз по спирали навито на стержень диаметром 3,4 мм. Аналогично, на входах 300-метровых отрезков HCF участок длиной 1 м был намотан на катушку диаметром 4 см. Ко всем образцам были приварены SMF-пигтейлы; общие потери на метровом и 300-метровом образцах составили 3,2 ±
0,2 и 5,2 ± 0,2 дБ, соответственно. Измеренное затухание в волокне для HCF-волокна с одной сердцевиной составило 5,8 дБ/км, для Tri-Core HCF – 5,7 дБ/км (рис.3). Дифференциальная групповая задержка (DGD) для обоих типов волокон составила около 18 пс, а измеренная задержка распространения – 3,4 нс/м. Ширина полосы пропускания по уровню 1 дБ для HCF-волокна с тремя сердцевинами составляла 9 нм, с одной сердцевиной – 16 нм.
Для оценки качества передачи транслировались сигналы с модуляцией IM/DD со скоростью 10 Гбит/с, а также сигналы с модуляцией DP-QPSK со скоростью 120 Гбит/с и цифровой обработкой сигнала в реальном времени [9, 10] (рис.4). В эксперименте с передачей 10-Гбит/с сигнала перестраиваемый по частоте лазер управлялся с помощью модулятора Маха-Цандера (MZM). Он, в свою очередь, модулировался двоичной псевдослучайной последовательностью с длиной цикла 231-1 со скоростью 10,653 Гбит/с. В приемной части сигнал детектировался с помощью прием-
ника на основе лавинного фотодиода (APD) с восстановлением тактовой частоты, а интенсивность битовых ошибок BER подсчитывалась с помощью детектора ошибок.
В конфигурации с 120-Гбит/с сигналами в передающей части транспондера перестраиваемый узкополосный лазер модулировался с помощью двух параллельных квадратурных модуляторов Маха-Цандера (Q-MZM). Они управлялись четырьмя потоками данных по 30 Гбит/с, причем была реализована кадровая передача с полезной нагрузкой в виде псевдослучайной двоичной последовательности с циклом 231 – 1. В итоге общая скорость в линии составляла 120,579 Гбит/с. Приемник состоял из 90°-поляризационно-квадратурного смесителя, интегрированного балансного аналогового входного каскада с линейными усилителями, гетеродина на основе перестраиваемого лазера и четырех 8-разрядных АЦП с частотой выборки 63 ГГц. Для компенсации хроматической и поляризационной модовой дисперсии (PMD), а также для восстановления тактовой и несущей частот в приемнике использовалось устройство цифровой обработки сигнала. В трансивере была встроенная функция контроля интенсивности ошибок BER до стадии FEC, которая использовалась для оценки HCF-волокон. Передатчик был настроен на канал (в частотной сетке ITU), близкий к центру полосы пропускания HCF-волокна: 1552,12 нм для волокна с тремя сердцевинами и 1560,02 нм – с одной сердцевиной. В цепь передатчика перед HCF-волокном был включен поляризационный скремблер со средней и пиковой скоростью скремблирования 250 и 700 рад/с соответственно. Назначение скремблера двоякое: во-первых, реалистично измерить потери, обусловленные дифференциальной групповой задержкой, а во-вторых, обеспечить все разнообразие вариантов многолучевых интерференций, вызванных обратными отражениями на границах воздух/стекло.
На рис.5 интенсивность ошибок (BER) отображена как функция мощности приемника для передачи со скоростью 10 Гбит/с. При BER = 10-12 затухание на 1 и 300 м волокна с одной сердцевиной составили 1,5 и 1,2 дБ соответственно. Меньшее значение потерь на 300 м (по сравнению с затуханием на 1 м) объясняется подавлением мод высшего порядка при передаче по волокну, намотанному на катушку. Для Tri-Core HCF затухание составило 0 и 0,4 дБ на 1 и 300 м соответственно. Поскольку у обоих типов волокна дифференциальная групповая задержка (DGD) составляла 18 пс, для сравнения мы измеряли параметры передачи на отрезке PM-волокна (волокна, сохраняющего состояние поляризации) с тем же значением DGD. Измеренное в PM-волокне затухание при значении BER 10-12 составил 0,4 дБ, то есть оказалось равным затуханию для Tri-Core HCF.
При передаче со скоростью 120 Гбит/с (рис.6) для 1- и 300-м образцов волокна с одной полой сердцевиной заметное ухудшение BER начинается с уровня 10-8. Однако для аналогичных образцов Tri-Core HCF видимое отклонение кривых BER от измеренных значений для прямого соединения и для PM-волокна отсутствовала до уровня BER = 2 × 10-14 (для BER ~10-14 насчитывалось не менее 250 ошибок; при этом задержка DGD компенсировалась цифровой обработкой сигнала).
В целях исследования изменения качества передачи в зависимости от длины волны мы измеряли добротность по всей ширине полосы пропускания волокна при мощности прием-ника -20,2 дБм. Среднее значение добротности для волокна с тремя сердцевинами составило 16,3 дБ, а для волокна с одной сердцевиной – 15,4 дБ при стандартных отклонениях 0,1 и 0,42 дБ соответственно.
Таким образом, мы представили новое дырчатое оптическое волокно с тремя полыми сердцевинами Tri-Core HCF для одномодовой передачи с малой задержкой при длине волны около 1,55 мкм и потерями, составившими 5,7 дБ/км. Мы продемонстрировали эффективное подавление мод высшего порядка на образце HCF-волокна с приваренными встык SMF-пигтейлами, достигнутое за счет использования возмущенного резонанса между основной и "шунтирующими" сердцевинами. Представлены результаты передачи по HCF-волокну длиной 1 м и 300 м с тремя сердцевинами с использованием форматов модуляции IM/DD со скоростью 10 Гбит/с и DP-QPSK со скоростью 120 Гбит/с. При этом продемонстрировано нулевое значение потерь, обуславливаемых высшими модами, а также отсутствие ошибок до стадии FEC вплоть до уровней BER 10-12 и 2 × 10-14 для скоростей передачи 10 и 120 Гбит/с соответственно. Насколько нам известно, это первая одномодовая передача по дырчатому HCF-волокну без ошибок, причем без оптимизации условий возбуждения.
Литература
Jung Y. et al., Proc. OFC’13, PDP5A (2013).
Petrovich M., et. al., Opt. Express 16, 4337, (2008).
Slavik R. et al., Proc. ECOC’13 Mo.2.F.2 (2013).
Petrovich M. et al., Proc. ECOC’13 Th.3.A.5 (2013).
Fini J., et. al., 21, 6233 Opt.Express (2013).
Fini J., Opt. Express 14, 11354 (2006).
Knight J., Opt. Letters., Vol. 21 (19), 1547, (1996)
Nicholson J., et. al. Opt. Express 20, 20494, (2013).
C.Fludger et al., J. Light. Technol. 26, 64 (2008).
G.Zhang et al., Proc. OFC’12, PDP5D4 (2012).
Отзывы читателей
