NeTS: Small: Modally-multiplexed Spatio-Spectral DispersionCompensation and Routing for Photonic Networks

NeTS:小型:光子网络的模态复用空间光谱色散补偿和路由

基本信息

  • 批准号:
    1817174
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30.79万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-10-01 至 2023-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The communication traffic on the Internet is carried by optical fibers, and the ever-increasing demand for Internet services is requiring a relentless increase of optical fiber communication bandwidth. Current optical fiber systems have achieved nearly 100 Trillion bits-per-second using 40 wavelength channels on a single fiber. To further increase this capacity, space-division multiplexing (SDM) in multimode fibers (MMF) has recently emerged as the next research frontier. SDM has allowed a single few-mode fiber to carry in excess of a petabit (a quadrillion bits)-per-second but current SDM systems are limited to a small number of modes by the complexity, cost, and power requirements of the digital signal processing needed to disentangle the modes at the receiver. The investigators for this program propose a revolutionary approach to radically increasing fiber capacity by enabling the use of SDM in large core fibers containing thousands of modes via a novel all-optical modal-demultiplexing and dispersion-compensation technique. This technique can also physically separate and optically route many more modes than is currently possible and enables spectral filtering at a much finer level than any existing technology. Together, these developments have the potential to produce a transformative breakthrough in multimode-fiber networking and communication technology with the potential for at least an order of magnitude increase of bandwidth and capacity of the fiber-optic backbone of the Internet.The investigators present a revolutionary approach to MMF modal demultiplexing and simultaneous modal-dispersion compensation using coherent spatial-spectral holograms (SSH) that has the potential to increase the number of modal channels 100-fold and increase the maximum modal delay that can be compensated by 1000-fold. Ultra-fine spectrally- as well as angularly-selective holograms can be recorded in a cryogenically-cooled SSH by exposing with the MMF output field interfered with a time-delayed plane-wave reference pulse (or matched code). When illuminated with the MMF output the recorded modal-demultiplexing and dispersion-compensating SSH produces a photon echo that accounts for not only the modal superposition at the fiber input and modal dispersion to all orders, but also any modal coupling due to fiber imperfections, and these effects are dynamically tracked and compensated as the fiber is perturbed by periodically re-exposing the SSH. This project will focus on experimental proof-of-concept demonstrations of the feasibility of MMF spatial demultiplexing and dispersion compensation using SSH as well as routing and ultrafine spectral filtering capabilities of this technology. This project will engage with industry to evaluate and identify the highest-impact applications to fiber networking enabled by the combination of SSH and MMF to further increase the bandwidth, capacity, and flexibility of a next generation Internet backbone.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
互联网上的通信业务是由光纤承载的,对互联网服务不断增长的需求要求光纤通信带宽不断增加。当前的光纤系统在单根光纤上使用40个波长信道已经实现了每秒近100兆比特。为了进一步提高这种容量,多模光纤(MMF)中的空分复用(SDM)最近成为下一个研究前沿。 SDM已经允许单个少模光纤以每秒超过千万亿比特(千万亿比特)的速率承载,但是当前的SDM系统由于在接收器处解开模式所需的数字信号处理的复杂性、成本和功率要求而限于少量的模式。该项目的研究人员提出了一种革命性的方法,通过新型全光模式解复用和色散补偿技术,在包含数千种模式的大芯光纤中使用SDM,从根本上提高光纤容量。 这种技术还可以物理分离和光学路由比目前可能的更多的模式,并实现比任何现有技术更精细的光谱过滤。我们一起努力,这些发展有可能在多模光纤网络和通信技术方面产生革命性的突破,使因特网光纤主干网的带宽和容量至少增加一个数量级。研究人员提出了一种革命性的方法,利用相干空间光谱全息图(SSH)实现模场解复用和同时进行模色散补偿这有可能将模态通道的数量增加100倍,并将可补偿的最大模态延迟增加1000倍。超精细的光谱以及角度选择性全息图可以记录在一个低温冷却的SSH通过曝光与MMF输出场与时间延迟的平面波参考脉冲(或匹配的代码)的干扰。当用MMF输出照射时,记录的模式解复用和色散补偿SSH产生光子回波,该回波不仅解释了光纤输入处的模式叠加和所有阶次的模式色散,而且还解释了由于光纤缺陷而导致的任何模式耦合,并且这些影响随着光纤因定期重新暴露SSH而受到扰动而被动态跟踪和补偿。该项目将侧重于实验验证的概念演示的可行性的MMF空间解复用和色散补偿使用SSH以及路由和超细光谱过滤能力的这项技术。该项目将与业界合作,评估和确定SSH和MMF相结合对光纤网络影响最大的应用,以进一步提高下一代互联网骨干网的带宽、容量和灵活性。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
High-resolution and compact serpentine integrated grating spectrometer
  • DOI:
    10.1364/josab.423968
  • 发表时间:
    2021-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    M. Brand;Bohan Zhang;Deniz Onural;Kenaish Al Qubaisi;M. Popović;N. Dostart;K. Wagner
  • 通讯作者:
    M. Brand;Bohan Zhang;Deniz Onural;Kenaish Al Qubaisi;M. Popović;N. Dostart;K. Wagner
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  • DOI:
    10.1364/cleo_si.2021.sf1c.2
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Dostart, Nathan;Brand, Michael;Zhang, Bohan;Popović, Miloš;Wagner, Kelvin
  • 通讯作者:
    Wagner, Kelvin
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    2024
  • 资助金额:
    $ 30.79万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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知道了