La technologie de multiplexage par répartition dans l’espace (SDM) joue un rôle prometteur pour surmonter le soi-disant « manque de capacité » de la fibre monomode (SMF) existante. Maintenant, des chercheurs en Chine ont démontré expérimentalement un système de transmission SDM basé sur le mode orbital-angular-momentum (OAM) avec une capacité totale supérieure à 1-Pb/s. Le résultat offre un potentiel important pour augmenter davantage la capacité de communication en exploitant les modes OAM dans les fibres optiques tout en maintenant le traitement multi-entrées multi-sorties (MIMO) à un niveau de complexité ultra-faible.
Le trafic Internet approchant la limite de capacité de SMF dans un avenir prévisible, les technologies de communication optique avec une plus grande capacité de transmission deviennent de plus en plus souhaitées. Cependant, dans les solutions signalées qui ajoutent plus de cœurs et/ou de modes par cœur dans une fibre pour augmenter la capacité totale, il existe un goulot d’étranglement fondamental dans la mesure où la complexité du traitement MIMO requise pour l’égalisation du signal peut augmenter en loi carrée avec le nombre de canaux (nombre de modes × cœurs) en raison de la diaphonie inter-canaux (XT).
Le simple fait d’insérer plusieurs cœurs suffisamment séparés dans une fibre pour garantir un faible XT inter-cœur agrandira le diamètre de la fibre, et des diamètres de plus de 200 microns dégraderont sérieusement les performances de fabrication, d’épissage et de fiabilité de la fibre. Par conséquent, de nouvelles solutions sont nécessaires pour équilibrer le nombre de canaux spatiaux, les diamètres de gaine de fibre et la complexité MIMO.
Dans un nouvel article publié dans Lumière : science et applicationsune équipe de chercheurs dirigée par le Dr Jie Liu et le professeur Siyuan Yu du State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, School of Electronics and Information Technology, Sun Yat-Sen University, Chine, ont proposé et démontré une transmission par fibre optique système basé sur les modes OAM.
Le système intègre le SDM, le multiplexage par répartition en polarisation (PDM) et le multiplexage par répartition en longueur d’onde dense (DWDM) dans la bande C+L sur une fibre à noyau annulaire (RCF) à 7 cœurs de 34 km de long et d’un diamètre de 180 μm, permettant une capacité brute (nette) de 1,223 (1,02) Pb/s et une efficacité spectrale de 156,8 (130,7) bit/s/Hz. Dans ce système, ils ont utilisé trois groupes de modes OAM (MG) non dégénérés par cœur, chaque MG contenant 4 modes OAM quasi dégénérés (12 modes en tout).
Chaque mode est chargé de 312 longueurs d’onde qui sont toutes modulées par des signaux QPSK de 24,5 Goaud. En explorant le numéro de mode OAM fixe dans chaque MG, le faible couplage entre les MG et les cœurs et la facilité relative du multiplexage en mode OAM, les chercheurs ont obtenu un couplage faible simultané entre les sept cœurs de fibre et parmi les trois MG OAM dans chaque cœur, donc que seul un schéma de traitement modulaire 4 × 4 MIMO est nécessaire pour égaliser le couplage entre les 4 modes quasi dégénérés dans chaque MG.
La méthode rapportée démontre la promesse de systèmes à fibre optique SDM avec une évolutivité élevée dans le nombre de canaux spatiaux et la capacité de transmission tout en maintenant une complexité d’égalisation MIMO faible et fixe dans un diamètre de gaine de fibre raisonnable. Les chercheurs soulignent le rôle clé des modes OAM dans la réalisation du pétabit par seconde de transmission :
« Ces résultats font passer pour la première fois la capacité des liaisons de communication par fibre optique basées sur l’OAM au-dessus du jalon de 1 Pb/s. »
« Ils représentent également simultanément la plus faible complexité MIMO et le deuxième plus petit diamètre de gaine de fibre parmi les systèmes SDM à fibre multicœur à quelques modes (FM-MCF) signalés d’une capacité > 1 Pb/s », ont-ils ajouté.
« Par conséquent, le schéma démontre des potentiels significatifs d’augmentation de la capacité de transmission par fibre optique tout en conservant une complexité MIMO ultra-faible, et par conséquent, un faible coût et une faible consommation d’énergie, en exploitant les caractéristiques exceptionnellement excellentes des modes OAM dans les fibres optiques à noyau annulaire. sur des distances de plusieurs dizaines de kilomètres (par exemple le métro, ou les liaisons inter-data centers, etc.) », affirment les chercheurs.
Junyi Liu et al, transmission par fibre optique à moment cinétique orbital 1-Pbps, Lumière : science et applications (2022). DOI : 10.1038/s41377-022-00889-3