Spatial-Division Multiplexing for Coherent Optical Communications

Abstract

English: The spatial-division multiplexing (SDM) is a promising technique to increase capacity of the optical communications systems. These systems are currently approaching their fundamental limit. Therefore, a new paradigm is needed to keep up the demands in trafic growth. SDM takes advantage of the space dimension on the optic waveguides to send independent signals at the same time, hence the capacity can be increased considerably. In this work SDM is analyzed over few-mode fibers (FMFs) and multi-core fibers (MCFs). These waveguides are strongly coupled and multiple-input-multiple-output (MIMO) dig- ital signal processing (DSP) is required at the receiver to recover the transmitted signals. The least-mean square (LMS) adaptive algorithm and the fourth power algorithm are both explained and applied successfully to data obtained at the laboratory. Diferent experiments are reported in which the record single span 137-km transmission over FMF is achieved and up to 1200-km over MCF are reached. Moreover, the rst experimental mode-equalized optical distributed Raman amplication is demonstrated. The diffrent experimental results presented here confirm that SDM can provide the basis for a cost-, energy,- and spatial- ecient systems to increase the capacity of the ber-optic communications in the future.

Castellano: La multiplexación por división espacial (SDM) es una prometedora técnica para incrementar la capacidad de los sistemas ópticos de comunicaciones. Estos sistemas actualmente se están acercando a su límite fundamental. Por lo tanto, se necesita un nuevo paradigma para poder mantener el ritmo actual de crecimiento del tráfico. La SDM aprovecha la dimesión espacial de las guías de onda para enviar señales independientes al mismo tiempo. Por consiguiente, la capacidad puede ser incrementada considerablemente. En este trabajo la SDM es analizada en fibras con pocos modos de propagación (FMFs) y en fibras multi-core (MCFs). Estos tipos de guías de onda están fuertemente acopladas y sistemas de procesado de señal digital multiple-input-multiple-output (MIMO) son necesarios en el receptor para recuperar las señales transmitidas. El algoritmo adaptativo least-mean square (LMS) y el algoritmo de la cuarta potencia son explicados y aplicados con éxito a los datos obtenidos en el laboratorio. Diferentes experimentos son analizados, entre ellos el récord de transmisión sobre FMF de 137 km y una transmisión de hasta 1200 km sobre MCF. Además, el primer amplicador óptico distribuido Raman es demostrado experimentalmente. Los diferentes resultados experimentales presentados aquí confirman que la SDM puede proveer las bases de uno sistemas económica, espacial y energéticamente eficientes para incrementar la capacidad de las comunicaciones por fibra óptica en el futuro.

Català: La multiplexació per divisió espaial (SDM) és una prometedora tècnica per a incrementar la capacitat dels sistemes òptics de comunicacions. Aquests sistemes actualment s'estan apropant al seu límit fonamental. Per aquest motiu, es necessita un nou paradigma per a poder mantenir el ritme actual de creixement del tràfic. La SDM aprota la dimensió espaial de les guies d'ona per a enviar senyals independents al mateix temps. Per tant, la capacitat pot ser incrementada considerablement. En aquest treball la SDM és analitzada en fibres amb pocs modes de propagació (FMFs) i en fibres muli-core (MCFs). Aquests tipus de guies d'ona estan molt fortament acoblats i sistemes de processat de senyal digital multiple-input-multiple-output (MIMO) són necessaris en el receptor per a recuperar les senyals transmeses. L'algoritme adaptatiu least-mean square (LMS) i l'algoritme de la quarta potència són explicats i aplicats amb èxita les dades obtingudes al laboratori. Diferents experiments són analitzats, entre ells el rècord de transmissió sobre FMF de 137 km i una transmissió de ns a 1200 km sobre MCF. A més a més, el primer amplicador òptic distribuït Raman és demostrat experimentalment. Els diferents resultats experimentals obtinguts aquí conrmen que la SDM pot proveir les bases d'uns sistemes econòmicament, espaialment i energèticament eficients per a incrementar la capacitat de les comunicacions per fibra òptica en el futur.