2.2.2 面向传输容量的光纤技术的发展
在智慧光网络连接层中，光纤对传输容量和传输距离起着至关重要的作用，它是直接影响超大容量和超长距离传输的关键技术因素。因此光纤在通信网络中的技术发展趋势聚焦于
传输容量和传输距离这两个技术指标。
增加传输容量属于光纤技术中的“开源”方向，一般通过各种复用技术增加单根光纤的传输带宽总容量，包括空间复用的多芯光纤（MCF，Multi-Core Optical Fiber）、模间复用的少模光纤（FMF，Few Mode Optical Fiber）、轨道角动量（OAM，Orbital Angular Momentum）复用光纤等。
1．MCF
如图2-4 所示，MCF 是在一根光纤的包层中同时包含多个单模纤芯的光纤。MCF 的工作原理是，同一根光纤中的多个纤芯同时并行传输多个光信号，通过物理空间实现多路并行传输，以达到提高光纤传输系统的传输容量的目的。与单芯光纤相比，使用MCF，利用SDM 技术，可以使系统的传输容量提高N 倍。当MCF 用于SDM 通信传输时，每个纤芯都是一个独立的物理通道，两端借助多芯耦合器（Fan In/Fan Out 器件）分别与输入端和输出端的多根单模光纤相连。这样，接收端每根单模光纤收到的信号都是可以直接利用的，避免额外使用多输入多输出信号处理技术（MIMO-DSP）对接收端的信号进行解码恢复，因而深受人们的青睐。
图2-4 单芯光纤与MCF 传输带宽示意
2．FMF
FMF 在一个纤芯中支持多种模式的传输，利用不同的模式作为相互独立的信道来同时传输多路信号，以达到扩展带宽容量的目的。FMF 的纤芯半径比单模光纤略大，因而具有更大的有效模场面积，可以有效降低光纤中非线性效应的影响，可以容忍更高的输入信号光功率，对提高信道的光信噪比（OSNR，Optical Signal Noise Ratio）及增加传输距离起到有益的作用。FMF 的制备工艺和熔接技术可以直接借鉴单模光纤的相关经验，由于单模光纤在兼容性方面存在着天然的优势，因此基于FMF 的模分复用系统成为当前最引人瞩目的研究方向之一。目前的FMF 稍微增大了单模光纤的芯径，使得光纤中仅有少数几种模式传输，以便于控制模式间的串扰和时延。
3．SDM
MCF 和FMF 都是通过增加空间信道的方式来提升系统容量的，被称为SDM 技术。SDM 技术虽然可以成倍地提升传输宽带容量，但在低串扰高密度的复用和解复用、增益均衡、DSP 等技术领域还面临着挑战。因此近年来世界各国科研机构都对SDM 的相关技术开展了深入研究。目前业内SDM 光通信系统使用的多芯少模光纤达到了38 芯3 模，将368 个载波传输了13km。可以预见，SDM 技术将成为智慧光网络中超大容量光纤通信的重要解决方案之一。
4．OAM
OAM 复用技术最早源于无线通信中的电子自旋角动量的概念，后来被引入自由空间光通信（FSO，Free Space Optical Communication）中来实现多路复用，近年来OAM 被引入光纤通信中。在传输距离上，并行单模、MCF、模式复用在传输理论上都支持短距接入和长途传输，甚至超长距的跨洋通信。但对于光纤中的OAM 复用，采用常规的FMF 或涡旋（Vortex）光纤。当前实验中能支持的OAM 数量一般小于6 个，传输距离也小于10km。因此，OAM在光纤通信中其实并不算主流的SDM 技术。
在物理本质上，OAM 其实是高阶模式的复用，OAM 是光纤模场分布的另一组正交基，区别于当前我们所熟知的线偏振模和矢量模。
