Företagsnätverk och datacenter fortsätter att öka sina krav på anslutning, med allt större mängder data som förväntas överföras inom en överskådlig framtid. Under de senaste 20 åren, fiberoptisk teknik har upplevt enorma framgångar för att ge oss en snabb, globalt uppkopplat internet. Att tillhandahålla större kapacitet för informationsöverföring är nyckeln till att möta framtida behov. En nyligen genomförd framsteg inom fiberkärnstrukturer lovar att hjälpa oss att nå detta mål snabbare.
Single-mode optiska fibrer, där ljus färdas längs en enda väg, närmar sig snabbt kapacitetsgränserna på dagens nät. Forskning om detta ämne har fokuserat på att lägga till fler transmissionsvägar inom dessa optiska fibrer. Flermodsfibrer – vars kärnor kan stödja spridningen av flera ljuslägen – kan tyckas vara en självklar lösning, men lider av spridning och begränsningar över ett långdistansnätverk.
Nu, forskare undersöker multi-core fiber (MCF) teknologi, att placera flera singelmodskärnor i en enda optisk fiber. Att öka antalet kärnor i en optisk fiber är en utmaning eftersom att lägga till kärnor ger tjockare optiska fiberdiametrar, som lider av sina egna begränsningar i tillämpningen.
En forskargrupp från NTT Access Network Service Systems Laboratories, Japan, har utvecklat en MCF-design, för första gången, med 12 kärnvägar. Kärnorna är sedan "slumpmässigt kopplade" på ett sätt som kan överföra större mängder data genom en fiber i standardstorlek med en diameter på 125 mikrometer. NTT-teamet kommer att presentera sina resultat på Optical Fiber Communication Conference and Exhibition (OFC), hölls 19-23 mars i Los Angeles, Kalifornien, USA.
"De 12-kärniga vägarna i en optisk fiber med standardbeklädnaden på 125 mikrometer är en ny bedrift inom optisk nätverksöverföringsteknik, " sa NTT forskningsingenjör, Taiji Sakamoto. "NTT har investerat resurser i denna nya teknik för användning i transmissionssystem och datacenter. Vi måste skala våra nätverk för att förutse framtida bandbreddskrav."
Men, Sakamoto förklarade, MCF-utveckling har ett antal utmaningar. Den första begränsningen av MCF-utveckling är en rumslig. Fibrer måste distribueras inom begränsade utrymmen, som underjordiska kanaler, så att hålla sig till standarddiametrar är en prioritet.
För att hålla sig till storleksbegränsningarna, teamet tittade på att utveckla MCF med små core pitches, eller mellanrum, för att maximera antalet kärnor i fibern. Med hänsyn till gränserna för fiberdiametrar, NTT-forskarna använde ett kopplat kärnarrangemang inom fiberns 125 mikrometers beklädnad. Teamet kunde sätta i bågen totalt 12 kärnor, arrangera dem med en speciell tvinning av fibrerna i en slumpmässigt kopplad MCF som NTT-forskare kom fram till skulle möjliggöra maximal kapacitet.
Forskarna undersökte också det geometriska arrangemanget för kärnorna inuti fibern. Bland de tre möjligheterna:ett sexkantigt arrangemang med 19 kärnor, ett 10-kärnigt cirkulärt arrangemang, och ett kvadratiskt galler med 12 kärnor. De drog slutsatsen att den kvadratiska gallerkonstruktionen med 12 kärnor bäst optimerade den rumsliga tätheten, samtidigt som slumpmässig koppling bibehålls.
En akut utmaning för forskargruppen kallas spatial mode dispersion (SMD), där signaler sprids i tidsdomänen, vilket gör det svårt att realisera realtids-DSP som är oundviklig för att implementera rymddivisionsmultiplexeringsteknik i det verkliga systemet. Att lägga till kärnvägar inom en enda fiber ökar dessa utmaningar. Sakamoto och hans team drog slutsatsen att en MCF med ett slumpmässigt kopplat kärnarrangemang minimerar spridning av spatialläge, vilket resulterar i lägre DSP-komplexitet.
"Signalbehandlingskomplexiteten som orsakas av den stora SMD är ett allvarligt problem. Vårt dokument som ska presenteras på OFC kommer att förklara hur vi minskar SMD för MCF med mer än 10 kärnor, ", tillade Sakamoto.
Enligt Sakamoto, nästa steg är att undersöka skalbarheten hos deras slumpmässigt kopplade MCF. Om det lyckas, han förväntar sig att tekniken kan vara tillgänglig för storskaliga marknader om ungefär ett decennium. Gruppen kommer att fortsätta att undersöka det maximala antalet kärnor som kan distribueras med slumpmässigt kopplade MCF, samtidigt som den bibehåller sin viktigaste fördel att minimera spridning av rumslig mod och komplexitet för signalbehandling.
"Vi såg framgång med slumpmässigt kopplad MCF, "Så nästa steg är att ta reda på hur vi kan realisera fler kärnor samtidigt som vi behåller slumpmässig kopplingsstatus, vilket resulterar i ännu större kapacitet per fiber."
