N
el corso degli ultimi trent’an-
ni la capacità delle fibre mo-
nomodali ha visto un incre-
mento di ben quattro ordini di
grandezza; non deve pertanto
stupire più di tanto il fatto che
le velocità di trasmissione dati
su fibra ottica si stiano avvi-
cinando ai limiti imposti dagli
effetti non lineari nel materia-
le. Per sfruttare al massimo
la capacità del canale di tra-
smissione vengono utilizzate
diverse tecniche di multipla-
zione, spesso in concomitan-
za tra loro. I dati vengono co-
dificati utilizzando l’ampiezza,
la fase, la lunghezza d’onda
e la polarizzazione del cam-
po elettromagnetico, così
da poter inviare più segnali
in parallelo sulla stessa fibra.
Negli ultimi anni si è cercato
di ampliare ulteriormente la
capacità dati ricorrendo alla
multiplazione di modi spaziali
utilizzando fibre multimodali
e fibre con core multipli. Seb-
bene sia stato possibile met-
tere a punto fibre in grado di
sostenere fino a dodici modi
contemporaneamente e fibre
multicore in grado di raggiun-
gere la stratosferica velocità
di un petabit al secondo, que-
sti approcci non sono risultati
completamente soddisfacenti.
Le fibre multimodali patisco-
no l’accoppiamento dei diversi
modi e rendono necessario il
ricorso a complessi algoritmi
di elaborazione numerica dei
segnali all’estremo ricevente;
le fibre multicore, d’altro can-
to, richiedono una realizza-
zione tecnologica molto com-
plessa.
Utilizzare i modi OAM
Un approccio alternativo re-
centemente messo a punto
dagli specialisti di fibre otti-
che della Boston University e
dagli esperti di comunicazio-
ne ottica della University of
Southern California è descrit-
to nell’articolo “Terabit-scale
OAM mode division multiple-
xing in fibers”, pubblicato sul
numero 340 di
dello
scorso 28 giugno.
Questo approccio, che non
necessita di DSP intensivo e
impiega fibre con core a gra-
dazione radiale di più sem-
plice realizzazione rispetto
a quelle multicore, utilizza il
momento angolare orbitale
(OAM, Orbital Angular Mo-
mentum) come ulteriore gra-
do di libertà nella codifica dei
segnali.
La capacità del campo elet-
tromagnetico di veicolare
momento angolare orbitale è
nota fin dagli inizi del secolo
scorso. In termini di proprietà
delle onde elettromagnetiche
il momento angolare orbita-
le determina la forma che il
fronte d’onda, ossia la superfi-
cie caratterizzata dallo stesso
valore di fase, assume nello
spazio; per contro, il momento
angolare di spin descrive lo
stato di polarizzazione dell’on-
da. La codifica per mezzo di
diversi modi OAM è usata da
anni in ottica e più di recen-
te anche nella trasmissione
delle onde radio, come mo-
strato l’anno scorso in un ar-
ticolo di Bo Thidé e Fabrizio
Tamburini sul
Sempre l’anno scor-
so i ricercatori della University
of Southern California hanno
dimostrato, con un articolo su
di aver rag-
giunto la velocità di 2,5 Tbps
in un collegamento ottico in
aria.
OAM in fibra
Nelle comunicazioni in fibra,
tuttavia, la codifica OAM ha
sempre sofferto dell’accoppia-
mento dei modi, che si me-
scolavano tra loro perdendo
la propria indipendenza nel
giro di pochi metri. Nel report
apparso su Science a firma
di Bozinovic, Ramachandran,
Willner e altri, si dimostra co-
me, utilizzando una fibra con
un opportuno profilo d’indice
di rifrazione a simmetria ra-
diale, sia possibile offrire ai
diversi modi OAM percorsi in-
dipendenti che limitino il tra-
sferimento di energia da un
modo all’altro. Con una sola
lunghezza d’onda e codifican-
do il segnale utilizzando due
stati con spin opposto (s = ±1)
e due stati con diverso mo-
mento angolare orbitale (l =
±1) è stato possibile trasferire
un massimo di 400 Gbps su
una tratta di 1,1 km di fibra.
Con dieci lunghezze d’onda
(da 1546,64 nm a 1553,88
nm) in multiplazione WDM
e due stati OAM la capacità
di trasmissione è salita a 1,6
Tbps. Nonostante le distanze
coperte siano irrisorie rispetto
alle tratte di una rete WAN,
fibre di lunghezza inferiore al
km sono più che adeguate
per il cablaggio ad alta velo-
cità di centri di elaborazioni
dati e istituti di ricerca. Ulterio-
ri incrementi nella capacità di
trasmissione possono venire
dalla messa a punto di fibre in
grado di supportare stati OAM
di ordine superiore.
EON
ews
n.
566
-
luglio
/
agosto
2013
3
M
assimo
G
iussani
T
erza
P
agina
Un core opportunamente modificato permette
di incrementare la capacità delle fibre ottiche
sfruttando la multiplazione dei modi di momento
angolare orbitale (OAM-MDM)
*R:LGHVWB,7B [ PP LQGG
$0
Multiplazione OAM
su fibra ottica
Fonte: Science
