在S+C+L波段，利用100公里长的AR-HCF光纤进行Tb/s/λ级共频共时全双工WDM传输

本文利用反共振空心光纤（AR-HCF）的极低非线性特性，实现了100公里双向传输，结合自制可调激光器和光域均衡技术，在C+L+S波段下成功提升容量至188.8 Tb/s，有效克服了传统WDM中的非线性限制和气体吸收干扰。

　　

摘要：

光网络的目标是在降低每比特成本的同时，实现更高的单通道速率和更大的单光纤容量。在单模光纤上使用超宽带（UWB）波分复用（WDM）技术已得到广泛研究，尤其是在S+C+L波段。然而，通道间的受激拉曼散射（ISRS）给系统的可扩展性带来了挑战，并限制了系统容量。抗共振空心光纤（AR-HCF）由于其极低的非线性特性，成为UWB系统的一种有前景的传输介质。其空气导引机制不仅带来了极低的损耗，还导致了极低的瑞利后向散射，使得方向可以被视为一个独立的维度。在本文中，我们利用这些优势来提升光纤容量，展示了在100公里长的AR-HCF上实现S+C+L波段WDM的共频共时全双工（CCFD）传输，以凸显其潜力。由于容量主要受光学/电气组件的限制，而非AR-HCF本身，我们采用了多种策略，包括自制的高功率S波段可调谐激光器组件（ITLA）和光域均衡（OEQ）来提升相干收发器的性能。值得注意的是，气体吸收这一外部因素在某些通道中造成了显著的性能下降，但可以通过传统的数字信号处理（DSP）技术部分缓解这一问题。通过这些努力，实验测量得出在一个方向上的传输容量为188.8 Tb/s，在双向传输配置下，相当于100公里长AR-HCF的总双向传输容量为377.6 Tb/s。这一结果凸显了AR-HCF在超宽带双向传输中的优势。

引言

随着人工智能（AI）、物联网（IoT）和虚拟/增强现实（VR/AR）等新数字应用的普及，数据流量迅速增加。这一需求推动了光网络在长距离传输、城域网、接入网和数据中心互连等领域的不断发展[1]。学术界和工业界的一个关键目标是实现更高的单通道速率和更大的单光纤容量，同时降低每比特的成本。在过去十年中，人们致力于提高相干光系统的频谱效率（SE）。诸如概率星座成形（PCS）和高阶调制格式等技术已将C波段的每波长比特率从最初的100 Gb/s提升到了超过1 Tb/s[2]、[3]。然而，通过数字信号处理（DSP）创新进一步提升频谱效率变得越来越具有挑战性，因为其效果受到信噪比（SNR）的制约，而信噪比又受到收发器、放大方案和光纤非线性等硬件和系统设计因素的限制[4]。为了解决容量瓶颈问题，必须在保持高单通道速率和带宽的同时增加额外的波长通道。因此，扩展C波段已成为一个关键的研究课题。