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波士顿大学发明可大幅提高数据传输速率的新型光纤

2013.7.15

　　波士顿大学光纤专家与南加州大学光通信系统专家共同开发出了一种新型光纤，性能足够稳定，可以传输被称作光学漩涡的环形激光束。这种环形激光束也被称作轨道角动量(OAM)光束，不仅可以应用于通信领域，还可以应用于原子操纵和光镊。研究成果发表在《科学》(doi: 10.1126/science.1237861)杂志上。

　　波士顿大学工程学教授Siddharth Ramachandran说：“自人类发明出光纤以来的数十年间，传统观念一直认为，在光纤内传输的OAM光束本质上是不稳定的。因而，我们设计的这种可以稳定传输OAM光束的新型光纤将会对科学和技术的各个领域产生深远影响。这些领域可以充分利用OAM光束的特有性质，比如，使用这种光束来提高光纤的数据容量。”

　　在这项新工作中，Ramachandran、南加州大学电气工程教授Alan Willner及其同事不仅证明了光纤中OAM光束的稳定性，还证明了OAM光束提高互联网带宽的潜力。

　　上世纪90年代以来，通过向光缆同时发送多个数据流，并使每个数据流具有不同的波长或颜色，光纤的带宽得到了显著增大，这一过程被称作波分复用。今天，人们提出了一种可以提高带宽的新方法：沿着不同的路径或模式向光纤发送光波，从光纤的一端到另一端每条路径都携带一个数据缓存。然而，与颜色不同的是，不同的数据流可以混合在一起，确定哪些数据流来自哪个源则需要计算密集型且耗电量巨大的数字信号处理算法。

　　Ramachandran等人提出的策略(OAM模分复用)将以上两种方法结合在了一起。他们将几种不同颜色加载到每个模式中，然后再同时使用多个模式。与普通光纤不同的是，这些专门设计的光纤内的OAM模式可在同一根光纤内传输多个数据流，并在接收端保持各个数据流之间相互分离。

　　Ramachandran的OAM光纤可以携带4种模式(通常，光纤中只携带2种模式)，每种OAM模式仅在单一光波长上就可以提供高达400 Gb/s的传输速率(10个波长上，传输速率可达1.6 Tb/s)，传输距离超过0.68英里(1.1公里)。

光纤环形激光束

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