En la actualidad, con el vigoroso desarrollo de la computación en la nube, el video de alta definición, el Internet de las cosas (IoT) y los sistemas de comunicación 5G, el tráfico de la red global ha aumentado drásticamente y por ello las redes de transporte de fibra óptica deberá transportar mayor tráfico
Sin embargo, la transmisión de fibra óptica monomodo (SM) de un solo núcleo está limitada por el límite de Shannon.
En los próximos años, la diferencia entre el lento crecimiento de las redes ópticas y la demanda de mayores velocidades en el mercado se agudizará cada vez más y se convertirá en un problema importante que debe resolverse con urgencia en la industria de la comunicación óptica.
La solución técnica reconocida por la industria para aumentar la capacidad de una sola fibra es utilizar la tecnología de multiplexación por división espacial (SDM). La fibra óptica multinúcleo es la tendencia de desarrollo inevitable de la transmisión de comunicación por fibra óptica.
Fig.1 Tendencia del desarrollo de la capacidad del sistema de transmisión de fibra monomodo
La fibra óptica multinúcleo puede aumentar de manera eficiente la densidad espacial de la fibra óptica.
En 2018, Facebook y Google apostaron por formas de aumentar la cantidad de fibras ópticas en los cables.
El cable Dunant que Google puso en marcha en enero 2022 tiene 12 pares de fibras ópticas con una capacidad total de 250 Tbit/s. Las dos redes en construcción en el Océano Atlántico incluso utilizan 16 pares de fibras ópticas y se espera que alcancen una capacidad máxima de 350 a 370 Tbit/s.
En octubre 2022, Facebook encargó a NEC que construyera el cable submarino de mayor capacidad del mundo: el nuevo cable transatlántico, que utiliza 24 pares de fibras ópticas, logró una capacidad de transferencia total récord de 500 TB por segundo entre América del Norte y Europa.
En el 2022 un equipo de investigación dirigido por Puttnam informó que su equipo usó una fibra óptica de 4 núcleos con un diámetro exterior de 125 um. Al combinar varias tecnologías de amplificación y la tecnología WDM, permitieron que cada canal lograra 319 Tbit/s de velocidad de datos dentro de una distancia de hasta 3001 kilómetros. .
En comparación con la fibra óptica tradicional de un solo núcleo, los múltiples núcleos de la fibra multinúcleo (MCF) comparten el mismo revestimiento (Cladding). Esta estructura multicanal de alta densidad tiene las ventajas de un bajo costo de producción, ahorro de espacio y alta capacidad de transmisión.
Sin embargo, hasta el momento, todavía no existe un estándar uniforme para el diseño de fibras ópticas multinúcleo en el mundo. Al fabricar fibras ópticas multinúcleo, varias empresas de alta tecnología han realizado grandes esfuerzos en términos de cantidad de núcleos, disposición de los núcleos, tamaño de los núcleos, espaciado de los núcleos y distribución del índice de refracción. Cada uno es diferente, lo que aumenta la dificultad del empalme por fusión entre diferentes tipos de fibras multinúcleo.
Se necesitan empalmar fibras ópticas multinúcleo diferentes para construir un sistema de transmisión de fibra óptica multinúcleo de larga distancia. Sin embargo, es posible que en los puertos de entrada y salida de los dispositivos ópticos, los multinúcleo de la fibra no coincidan con los del sistema de transmisión.
La tecnología de fusión de fibra óptica con baja pérdida es la base de los sistemas de fibra óptica. El cuello de botella técnico son los diferentes tipos de multinúcleo en la fusión de fibra óptica que aún no se ha resuelto.
El grupo de investigación de Xiao Limin de la Facultad de Ciencias de la Información e Ingeniería de la Universidad de Fudan propuso una tecnología de reducción gradual de fibra óptica multinúcleo, que incluye dos tecnologías de reducción progresiva y reducción gradual inversa, las cuales se pueden usar para ajustar la distancia entre los núcleos de las fibras ópticas multinúcleo y regular simultáneamente la características de modo de las fibras multinúcleo.
Para dos fibras multinúcleo con diferentes estructuras y una diferencia de separación entre núcleos de 26 μm (Figura 3 (a, b)), el convertidor de separación entre núcleos puede lograr una pérdida tan baja como 0,18 dB y una diafonía tan bajo como -68dB.
Para fibras multinúcleo con la misma unión y espaciado entre núcleos ligeramente diferente (Fig. 3(b, c)), la pérdida del convertidor de espaciado entre núcleos es tan baja como 0,17 dB y la diafonía es tan baja como -66 dB.
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