Wissenschaftler entwickeln DMG-Ausgleichsstrategie durch Anpassung des Brechungsindex durch Femtosekundenlaser-Mikrobearbeitung

Glasfaser ist als physisches Medium zur Informationsübertragung die „Autobahn“ der modernen wirtschaftlichen und sozialen Entwicklung. Mit der kontinuierlichen Entstehung von Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungskommunikationsszenarien wie virtueller Realität, 5G, intelligentem Fahren und dem Internet der Dinge (IoT) gibt es jedoch eine Obergrenze für die Kommunikationskapazität (Verkehrsfluss) des herkömmlichen Singlemode-Glasfaserkommunikationssystems (Autobahn).

Die Mode Division Multiplexing (MDM)-Technologie, die die Kapazität von Kommunikationssystemen exponentiell erweitert, indem sie mehrere zueinander orthogonale räumliche Modi innerhalb einer Wenigmodenfaser als unabhängige Übertragungskanäle verwendet, hat weltweite Aufmerksamkeit in der Forschung auf sich gezogen.

Allerdings begrenzt die differentielle Modalverstärkung (DMG) im Erbium-dotierten Faserverstärker mit wenigen Moden (FM-EDFA) aufgrund der unterschiedlichen überlappenden Integrale zwischen dem Pumpmodusprofil, der Erbiumdotierung und dem Signalmodusprofil sowohl die Kapazität als auch die Reichweite der MDM-Übertragung.

In einem neuen Papier veröffentlicht In Licht: Fortschrittliche FertigungEin Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Yuwen Qin vom Key Laboratory of Photonic Technology for Integrated Sensing and Communication des chinesischen Bildungsministeriums und Kollegen haben eine innovative Strategie zum Ausgleich der Differenzialmodusverstärkung (DMG) durch die Anpassung des durch Femtosekunden-Laser-Mikrobearbeitung induzierten Brechungsindex (RI) entwickelt.

Basierend auf der präzisen und steuerbaren RI-Anpassung kann ein spezifisches Dämpfungsspektrum auf verschiedene Führungsmodusgruppen entsprechend ihrem Verstärkungsspektrum angewendet werden, was zu einer erfolgreichen DMG-Entzerrung führt. Um die Machbarkeit und Vorteile der vorgeschlagenen DMG-Entzerrungsstrategie zu überprüfen, untersuchten sie einen einfach strukturierten und kostengünstigen FM-EDFA mit gleichmäßiger Erbiumdotierung und Kernpumpen im Grundmodus.

Interessanterweise funktioniert das vorgeschlagene DMG-Entzerrungsschema sehr gut, selbst wenn die geführte Modengruppe auf höhere Ordnungen ansteigt. Die vorgestellte Methode und Technik eröffnen einen neuen Blickwinkel auf das hocheffiziente und kostengünstige DMG-Entzerrungsschema im MDM-System.

Diese Wissenschaftler fassen das Funktionsprinzip des Geräts wie folgt zusammen: „Die Simulationsergebnisse zeigen, dass, wenn die Pumpleistung und die EDF-Länge zwischen 200 mW und 600 mW und zwischen 1 m und 7 m variieren, DMG innerhalb der Modusgruppen LP01, LP11 und LP21 zwischen 4,8 dB und 16,2 dB variiert. Durch Kaskadierung des DMG-Equalizers mit optimalen Werten für die Länge L und ∆n können DMGmax und DMGave über dem C-Band von 10 dB auf 1,52 dB bzw. von 8,95 dB auf 0,78 dB reduziert werden.

„Ein Proof-of-Concept-Experiment zeigt, dass der DMGmax von 2,09 dB auf 0,46 dB und der DMGave über dem C-Band von 1,64 dB auf 0,26 dB reduziert wird. Noch wichtiger ist, dass die durch die DMG-Entzerrung verursachte IL weniger als 1,9 dB beträgt, was darauf hinweist, dass 64 % der Pumpleistung effizient genutzt werden. Gleichzeitig verfügt der vorgeschlagene DMG-Entzerrer über einen maximalen Entzerrungsbereich von 5,4 dB, der die flexible Anwendung des aktuellen FM-EDFA erfüllen kann.“

„Mit einem komplizierteren RI-Modifikationsmuster und einer höher auflösenden Femtosekunden-Laser-Mikrobearbeitungstechnologie könnte eine Entzerrung der DMG-Modusgruppen höherer Ordnung erwartet werden, was ideal für die zukünftige MDM-Übertragung über große Entfernungen ist“, prognostizieren die Wissenschaftler.