High core-count multi-core fiber design for short-reach optical links

Abstract

Most global telecommunication networks are currently supported by optical fibers, which are reaching their capacity limit. Weakly coupled multi-core fibers (WC-MCFs) are seen as a possible solution to solve this capacity crunch, as they include multiple spatial paths in one fiber, allowing for each core to be handled as an independent transmission channel. In WC-MCFs, surpassing the core-count of eight with a standard cladding diameter (CD) seems to be a challenge, because of inter-core crosstalk (ICXT) that is enhanced due to the cores proximity. In this work, the ICXT dependence on several fiber features is studied, and a novel layout for a ten coreWC-MCF with standard CD is proposed, for bidirectional transmission with propagation direction interleaving (PDI). Its characteristics and ICXT performance are compared to existing ten core WC-MCF layouts, and the proposed layout outperforms the other layouts, with a direct ICXT level of -39 dB/km in unidirectional transmission, and bidirectional ICXT level of -33.3 dB at 100 km in bidirectional transmission with PDI. This new layout is designed with feasible manufacturing parameters: outer core thickness of 22.5 μm, core pitch of 28 μm and a low confinement loss of 0.0045 dB/km. Furthermore, several twelve core WC-MCF layouts with standard CD are also studied. It is shown that, amongst the tested layouts, the twelve core squared layout is the best layout for bidirectional transmission with PDI, with an estimated bidirectional ICXT of -35 dB at 10 km.

A maioria das redes globais de telecomunicações é suportada pelas fibras óticas, que estão a atingir o seu limite de capacidade. As fibras óticas multi-núcleo fracamente acopladas são vistas como uma possível solução para ultrapassar este problema, pois possuem múltiplos canais espaciais numa única fibra, podendo cada núcleo ser usado como canal de transmissão independente. Ultrapassar oito núcleos numa fibra multi-núcleo fracamente acoplada com um diâmetro de bainha padrão aparenta ser um desafio, devido ao aumento da diafonia causado pela proximidade entre núcleos. Neste trabalho, é estudada a dependência da diafonia em vários parâmetros da fibra, sendo proposta uma nova disposição dos dez núcleos num diâmetro de bainha padrão para transmissão bidirecional com intercalação da direção de propagação. As características desta nova fibra e a sua diafonia são comparadas com outras disposições de dez núcleos anteriormente propostas, e verificou-se que a disposição proposta apresenta melhor desempenho, com um nível de diafonia direta de -39 dB/km para transmissões unidirecionais e de diafonia bidirecional de -33 dB ao fim de 100 km em transmissão bidirecional. Esta nova disposição foi projetada com parâmetros de fabrico viáveis: distância entre núcleos e bainha de 22.5 μm, distância entre núcleos de 28 μm e perdas de confinamento de 0.0045 dB/km. São também analisadas disposições de núcleos em fibras com doze núcleos e diâmetro de bainha padrão. Demonstra-se que a disposição quadrada com doze núcleos é, entre as analisadas, a melhor para transmissões bidirecionais, obtendo-se um nível de diafonia bidirecional de -35 dB a 10 km.