高增益、低DMG少模掺铒光纤及其放大性能研究

空分复用技术是大幅提高单根光纤数据传输容量的重要技术之一。对于长距离模分复用传输系统而言，少模掺铒光纤放大器是补偿光纤传输损耗必不可少的器件。因此，在少模掺铒光纤支持的所有模式中获得均衡增益至关重要，高差分模态增益会降低系统的传输性能。本文通过改进的化学气相沉积技术制备了18μm/124μm少模掺铒光纤，实验演示了基于该光纤的两模掺铒光纤放大器。当使用LP_11b模式泵浦时，该放大器所支持的LP₀₁和LP_11a模式可以在1535～1560 nm波段获得19.4 dB以上的增益，差分模态增益最大为0.66 dB。     

基于双耦合环辅助的低串扰6-LP光纤设计

为了降低少模光纤中的模间串扰,提出了一种新型双耦合环辅助的少模光纤结构设计。首先用COMSOL仿真软件对6-LP光纤结构进行建模,并分析了影响模式间耦合的主要因素,然后对双耦合环结构的5个参数进行仿真分析。结果表明,在6-LP少模光纤中,LP₂₁模和LP₀₂模的有效折射率最接近,其差值是影响串扰的主要因素;该结构中LP₂₁模和LP₀₂模的最小模间折射率差为1.5×10^-3,是同等条件下传统阶跃结构的1.88倍,少模光纤中的模间串扰问题得到有效缓解。     

基于少模掺铒光纤的10模式光纤放大器

对于模分复用系统,结合高模式增益和宽带宽增益特性的少模掺铒光纤(FM-EDF)放大器具有较高的应用价值。利用改进的化学气相沉积法(MCVD)结合溶液法制备了一种新型FM-EDF。该FM-EDF在976 nm和1 530 nm处的吸收系数分别为10.6 dB/m和35.0 dB/m;由COMSOL软件中有限元差分模块理论计算可得,其可支持10个空间模式(LP₀₁、LP_11a/b、LP_21a/b、LP₀₂、LP_31a/b以及LP_12a/b模式)的光传输。基于该FM-EDF搭建了全光纤放大系统并对其光模式放大特性进行了实验研究,研究结果表明,该光放大系统在40 nm带宽(1 525～1 565 nm)范围内获得10个模式的增益均大于17.0 dB,且差分模式增益均小于0.5 dB。因此,FM-EDF放大技术在模分复用系统中的广泛应用可进一步扩展光纤通信容量,具有重要的实际应用意义。     

同时输出LP01/LP11模式的布里渊少模光纤激光器研究

为了获得光纤激光器的基模LP₀₁和高阶模式LP₁₁同时输出,采用环形腔结构,少模光纤的受激布里渊散射效应和单模掺铒光纤的增益共同提供腔内放大,利用模式选择耦合器进行腔内模式间的转换,单模/少模光纤耦合器分别提供激光输出。实验结果表明,LP₀₁模式和LP₁₁模式能够同时输出,和种子光相比波长偏移均为0.12 nm,输出光谱信噪比分别为22.69 dB和74.827 dB,功率转换效率分别为4.6×10^-3%和7.827%,波长稳定性分别为0.54 nm和0.026 nm,功率稳定性分别为3.277 dB和1.262 dB。研究结果可为多输出模式光纤激光器的后续应用提供参考光源。     

双模式80波分通道1000km少模光纤传输

为了解决急剧提升的通信系统容量需求与长距离传输等问题，通过实验验证了超大容量的少模光纤传输。在超大容量需求的背景下，同时使用波分复用、模分复用、偏振复用三种复用技术进行信号传输，凭借自研的低损耗六模渐变型光纤（各模式衰减约为0.2 dB/km），实现了覆盖C波段共80个通道，每个通道双模双偏振信号的1000 km传输。考虑到超长距离传输带来的色散和双模双偏振带来的串扰，在进行接收端离线数字信号处理（DSP）时首先使用频域色散补偿算法进行色散补偿，并在下采样和时钟恢复后联合利用多输入多输出-频域最小均方算法（MIMO-FDLMS）和多输入多输出-时域最小均方算法（MIMO-TDLMS）进行信道均衡和色散补偿。在28%冗余的低密度奇偶校验（LDPC）信道编码软判决前向纠错（SD-FEC）阈值5.2×10-2条件下，实现了总的线传输速率40.96 Tbit/s，净速率高达32 Tbit/s。     

同向泵浦拉曼放大器中泵浦-信号间四波混频研究

研究了同向泵浦分布式拉曼放大器(DRA)中泵浦-信号间的四波混频(FWM)效应.基于分段求和法,导出了不同零色散波长光纤组成的前向泵浦DRA中FWM功率的计算公式.考虑受激拉曼放大的情况下,数值模拟了DRA中FWM引起的信道串扰随光纤传输距离的演变,以及FWM与光纤零色散波长之间的关系.理论分析了色散补偿光纤(DCF)对FWM串扰的抑制效应.计算结果表明,在采用非零色散位移光纤(NZDSF)作为传输介质的DRA中,泵浦-信号间存在着较强的FWM效应,严重影响了密集波分复用(DWDM)系统的传输性能.引入适量DCF,不仅能降低DRA中FWM引起的信道串扰,还可有效消除色散导致的波形失真.     

10 Gb/s多模光纤以太网中电均衡器的研究

在传统多模光纤上以10 Gb/s传输数据时,由于多模光纤中的模式色散,会造成很大的码间干扰.电均衡技术可以有效地补偿模式色散,减小码间干扰.基于10GBASE-LRM标准中的多模光纤系统模型,分析了该系统下的系统响应的统计特性,并估计了判决反馈均衡器的抽头数,研究了均衡器对OM1多模光纤系统的均衡效果和对系统误码率的改善.     

单中继多用户MIMO系统中继预编码新方案

针对单中继多用户多输入多输出(MIMO)通信系统中用户间干扰问题,提出了一种可以有效抑制用户间干扰的中继接收和预编码方案。该方案在中继端对信号进行迫零(ZF)接收,利用最大化信漏噪比(SLNR)准则设计中继端预编码向量,并针对难以获得最优解的情况,利用迭代解出次优解。仿真结果表明,与中继端ZF预编码相比,SLNR预编码更好地抑制了用户间干扰,相同和速率性能下,基站发送端功率比ZF预编码减少4 dB,具有实用价值。     

模式群分集复用系统中发送端信号光入射条件的优化

针对模式群分集复用(MGDM)系统运算量大和硬件 实现困难的问题。通过在发送 端选择最佳的入射偏芯距和高斯光尺寸对信号光入射条件的优化,最大限度降低系统的码间 干扰(ISI)和信道串扰(ICI)的程度。在不进行电色散补偿的情 况下,实现了两路10 Gb/s信号在多模光纤(MMF)中有效传输400m, 误码率(BER)低于10－3。     

少模光纤通信系统中的自适应频域均衡算法

少模光纤模式复用存在模式耦合和差分模式时延,必须通过自适应均衡算法补偿。为了降低长距离少模光纤通信系统中自适应均衡算法的复杂度,采用基于变步长-频域块最小均方算法的多输入多输出均衡器对2×2模分复用系统解复用。利用频域块最小均方自适应算法修正均衡器权系数,并通过变步长函数调整步长因子,兼顾算法收敛速度和收敛性能。算法可通过快速傅里叶变换降低计算复杂度。在112Gbit/s的1000km少模光纤高速通信仿真系统中,保证相同收敛速度情况下,提高信号Q2因子3.7dB,并在可编程现场门阵列上验证了100km少模光纤通信系统时的算法性能。结果表明,该算法能够实现模分复用系统的信号解复用,达到快速收敛、低稳态失调的目的。     

基于垂直分层空时编码的光纤MIMO系统研究

垂直分层空时编码(V-BLAST)将空间复用和空间分集结合起来,能够提高系统的传输速率,因此,提出一种基于V-BLAST的光纤MIMO系统.光纤MIMO技术主要是利用MIM0技术将多模光纤(MMF)的模式色散加以利用,改善MMF的容量.构建光纤信道模型,在接收端,采用最小均方误差算法进行检测,仿真分析基于V-BLAST...     

弯曲限模对大模场光纤横模不稳定效应的影响

横模不稳定效应已经逐渐成为引起高功率光纤激光光束质量急剧恶化并限制其输出功率进一步提升的首要瓶颈问题。基于全光纤化正向泵浦的窄线宽高功率放大平台，对大模场光纤激光器中的横模不稳定效应进行了一系列的探索研究。根据耦合模方程的计算结果，所用大模场光纤25/400 μm中LP₀₁、LP₁₁模之间的非线性耦合强度最大，这也直接诱导了横模不稳定效应的发生。为了抑制LP₁₁模在主放大级的产生和放大，通过弯曲限模这种可操作性强的模式滤波技术，将主放增益光纤的弯曲半径从6 cm缩小至5 cm的过程中，高功率光纤激光系统的横模不稳定阈值从1000 W量级提高到了1600 W量级，而且激光器的其他输出性能几乎没有受到影响。这为构建实际的窄线宽高功率全光纤化的激光系统提供了强有力的实验参照。     

一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器的设计

提出了一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器,三个纤芯包括两个相同的单模纤芯和一个少模纤芯,在少模纤芯中写入长周期光纤光栅以实现单模纤芯中LP01模与少模纤芯中LP11模间的转换。同时从两个单模纤芯输入LP01模,能激发少模纤芯中两个简并的LP11,a模和LP11,b模。采用光束传播法分析了该模式复用器/解复用器的耦合特性及串扰。数值模拟结果显示,若以少模纤芯中LP11模输出能量大于-1dB的波长范围作为该模式复用器/解复用器的工作带宽,则能够达到23nm,并且少模纤芯中生成的其他模式的输出能量皆比LP11模的输出能量小-21dB以上。该模式复用器/解复用器能够实现对少模光纤的模式复用与解复用,并具有极低的串扰。     

相干光正交频分复用系统偏振模色散研究

相干光正交频分复用系统(Coherent Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing,CO-OFDM)具有良好的色散抑制性能及简单有效的信号均衡算法,是近年来光传输领域的研究热点之一。偏振模色散严重影响高速传输,色散均衡复杂,计算负荷较大。文章介绍了一种基于偏振复用(Polarization Division Multiplexing,PDM)和偏振分集接收(Polarization Diversity Receiver,PDR)的CO-OFDM系统(MIMO CO-OFDM),可有效实抑制一阶PMD,并对系统信号传输机理及均衡算法以进行了数学分析。分析和仿真结果表明,在不需任何偏振控制器条件下,CO-OFDM系统可实现偏振光的不敏感接收,以10Gb/s的速率通过单模光纤传输800km,系统Q值保持在15dB以上。     

高模式群时延模分复用系统的级联独立成分分析解复用技术研究

针对高模式群时延(H-MGD)的少模光纤模分复用系统,提出了一种级联独立成分分析(C-ICA)算法,其基本思想是:采用延时补偿与C-ICA结合的技术方案,运用两次ICA算法同时消除模分复用器和解复用器引起的串扰。利用该算法对2×2模分复用系统进行了解复用,并且将其解复用性能与单次ICA算法解复用进行了比较。仿真结果表明,C-ICA算法能够有效实现H-MGD少模光纤模分复用系统的解复用,在同等条件下其解复用效果明显优于单次ICA解复用。     

一种基于光子晶体少模光纤模分复用系统的设计与分析

对模分复用(MDM) 系统中传输容量和模式串 扰问题进行了研究,在VPItransmissionMaker仿真平台设计并构建了一种新型6×6多输 入多输出(MIMO)MDM系统。本文系统 使用高模式差分群时延(MDGD)光子晶体少模光纤(PC-FM F),实现包括(LP01、LP11a 、LP11b、LP21a、LP 21b、LP02)在内六模式相对独立的传输, 结合恒模算法(CMA)对输出信号解复用。仿真实验结果表明,在 系统的光信噪比(OSNR)为22dB时,每 个模式携带传输速率为40Gbit/s的4QAM调制信号,实现了在PC-FMF 中稳定传输34km,保证了每个模式信号的误码 率(BER)均在10－5量级以下 ,满足通信系统传输 最低要求。与传统FMF的MDM系统相比,本文设计的基于PC-FMF的MDM系统 可有效消除模式间串扰,提高MDM系统的容量,在高速大容量光传输系统中具有重要价值。     

基于并行干扰抵消的OFDM/OQAM系统中的信号检测方法

在多径衰落信道中,基于交错正交幅度调制的正交频分复用(OFDM with Offset QAM,OFDM/OQAM)系统使用迫零均衡器进行信号检测时,不能完全消除信道复数特性和滤波器实数正交特性引入的时域符号间干扰和频域子载波间干扰,及信道估计误差导致的误码率性能损失。该文利用对数据初始判决并重构相邻载波及符号间干扰的思想,通过分析采用迫零均衡信号检测时的残余干扰与信道估计误差干扰,提出了一种基于并行干扰抵消和迫零均衡器结合的OFDM/OQAM信号检测方法,并在IEEE 802.22技术标准的两种典型多径衰落信道中进行了计算机仿真与比较研究。仿真结果表明,与基于迫零均衡的检测方法相比,基于并行干扰抵消的迭代信号检测方法在误码率为1%时,可获得1 dB至2 dB的性能提升。     

短距离弱耦合空分复用实时光传输技术

短距离光纤传输系统的容量扩展受到越来越广泛的关注。空分复用光传输技术提供了纤芯和模式两个新维度，可以大大提升单根光纤的传输容量。然而空间信道间的串扰严重限制了空分复用技术的实用化。首先研究了弱耦合空分复用光纤，通过在纤芯引入环形折射率微扰的方法实现了模式之间的有效分离；其次，提出了一种可以处理非圆对称简并模式的全光纤复用/解复用器件以及低插损、低串扰扇入扇出器；在此基础上，使用低成本商用强度调制直接检测光模块，实现了短距离弱耦合模分复用及多芯少模复用实时光传输；最后对空分复用实时光传输技术进行了展望。     

多天线无线数据通信系统中多用户分集的研究

研究当接收天线不少于发送天线时多输入多输出(MIMO)系统的多用户分集能力。首先从理论上分析了发送天线个数等于1和2时最大似然接收和迫零接收系统的平均吞吐量和调度增益,以及仿真分析了发送天线个数大于2时系统性能。理论分析和仿真表明：在多用户的MIMO系统中,接收的平均信噪比、用户个数、收发天线个数、接收机的结构等对于多用户分集有很大的影响。当发送天线个数为1时,接收天线较少(1,2,3)和平均信噪比为．10dB时调度增益很大,但调度增益随着天线个数和发送功率增大急剧下降。和最大似然接收相比,迫零接收具有更大的多用户分集增益,因此迫零接收机的吞吐量可以很容易超过最大似然接收机。     

多模光纤模式群分集复用系统

多模光纤(MMF)已成为"最后一千米"短距离通信的理想介质,但多模光纤的模间色散限制了其传输能力.模式群分集复用(MGDM)是种光路的多输入多输出(MIMO)技术,该技术利用多模光纤中不同的模式群作为相互独立的信道来传输多路信号,极大地提升了多模光纤的传输能力.设计实现了一个基于75 m梯度型多模光纤(GIMMF)直接检测的两路MGDM通信系统,不同模式群的激发利用选择模式激发实现,利用偏置连接器和多模耦合器实现模式群的复用及解复用,并利用该系统实现了模拟视频信号和非归零码(NRZ)数字信号的传输.