用于空分复用的模式复用技术研究

空分复用技术作为克服单模光纤通信系统容量局限的一种可能解决方案近年来受到日益广泛的重视,具有多种实现方案,例如采用多芯光纤、MIMO技术(Multiple-Input MultipleOutput)、基于多模光纤、空间光学元件的模式复用等。针对空分复用技术,分析了几种模式复用解决方案,阐述原理的同时,介绍了各方案的最新实验结果,最后对各种方案的特点进行了评述。     

多芯掺铒光纤的制备及其放大性能

空分复用技术被认为是未来实现光纤通信容量升级扩容的关键技术。传输距离是决定空分复用系统应用场景的关键,空分复用系统中信号的传输离不开放大器对损耗的补偿,因此,基于多芯掺铒光纤的空分复用光放大器是空分复用技术走向实用化的核心器件。本文基于改进的化学气相沉积技术结合打孔法制备了七芯掺铒光纤,并搭建了纤芯独立泵浦多芯光纤的放大系统,测试了七芯掺铒光纤的放大性能。在输入信号为0 dBm,泵浦光功率为350 mW的条件下,测得七芯掺铒光纤纤芯在C波段(1526～1566 nm)的平均增益为14 dB,平均噪声指数小于6 dB,不同纤芯间的增益差小于5 dB。     

空分复用光纤的特性及其应用研究

随着5G、物联网以及大数据等业务的发展,光通信网作为数据传输的主干线,扩展其系统容量、提高传输稳定性以及网络智能化势在必行。空分复用技术主要以多芯光纤、少模光纤以及少模-多芯光纤作为实现载体,被认为是提升光通信网络系统容量、构建下一代光通信网络的关键。主要研究了空分复用光纤在光传输、高性能激光器、光纤传感等领域的应用,结合已报道的实验结果,充分说明空分复用光纤的研究是现代光纤通信系统的重要方向,也是未来光通信领域研究和关注的热点。     

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。     

多芯光纤光栅写入技术研究进展

为了进一步增加光纤通信容量,作为空分复用实现方案之一的多芯光纤技术吸引了人们越来越多的研究兴趣.与此同时,基于多芯光纤的各种新型有源、无源光器件也不断涌现.其中,多芯光纤光栅,由于结合了多芯光纤与光纤光栅的独特优势,为新型全光纤器件的设计和应用提供了多种可能,在光纤通信、光纤传感、光纤激光器等领域具有广泛的应用空间.本...     

弱耦合多芯少模光纤的声波导布里渊散射特性

光纤中的声波导布里渊散射(GAWBS)可在较低光功率水平激发，该散射噪声对大容量空分复用光纤通信、数字相干传输及光量子传输影响较大。针对空分复用光纤通信系统，文章对自制弱耦合7芯4模光纤的GAWBS特性进行了理论和实验研究。结果表明，由于不同纤芯与光纤中心的距离差异，弱耦合7芯4模光纤中不同纤芯具有明显的GAWBS分布差异。未来需要在不同的纤芯中采取不同的GAWBS噪声补偿方法以实现高信噪比和低误码率的空分复用传输。     

消除模间干涉现象的光纤光栅模式转换器

光纤通信技术占据了目前通信传输的主要地位,但基于波分复用技术的单模光纤通信系统目前则面临着严重的信道容量危机,因此基于多模/少模光纤的模分复用技术逐渐得到了人们的重视。模式转换器是模分复用技术中的重要器件之一,而长周期光纤光栅是一种很好的全光纤模式转换器。在利用长周期光纤光栅完成LP01到LP11模式转换的基础上,这种新型的模式转换器利用多模光纤消除了模式间干涉,从而使模式转换的模式纯度更高、稳定性更好,在模式转换效率达到99.5%的同时还可以保证几乎没有模式间干涉现象的产生。同时,这种模式转换器的多种传感特性也良好,其对拉力有着很好的线性灵敏性,可以达到2.83 nm/N和5.66 dB/N,因此此结构在未来的模分复用及传感领域会有重要的作用。     

环形芯掺铒涡旋光纤的放大特性研究

提出了一种基于环形芯结构的掺铒涡旋光纤。针对该涡旋光纤的放大性能，分析了其高折射率环和掺杂区域宽度对增益性能的影响。仿真结果表明，该光纤可支持1～2阶涡旋光模式，且C波段内的模式增益均高于35.4 dB。通过搭建实验装置对环形芯掺铒涡旋光纤的放大性能进行了测试。实验结果表明，在1530 nm波长处涡旋光的模式增益最大值高达32.6 dB。此环形芯掺铒涡旋光纤可广泛应用在长距离、大容量的空分复用光纤通信等领域中。     

光纤通信研究及扩容方案比较

从光纤通信发展角度回顾了光纤通信在光源、光纤、光系统及理论等方面的历史，分析了光纤通信系统的复用技术、传输技术和光器件集成技术等研究热点，从现状和技术发展角度对空分、电时分、光频分、光波分等几种复用扩容方案进行比较并指出面的问题、发展的趋向及最新的进展。     

空分复用中的多芯光纤

介绍了近年来出现的光纤通信用单/多模多芯光纤(MCF)的基本特性和结构轮廓,列举了部分试验传输实例。指出人们对光纤通信容量的追求在时分、波分、偏分复用及多级调制方式的基础上,已开始将目光关注在基于MCF的空分复用(SDM)上,相信MCF的规模化商用已为时不远。     

多芯光纤扇入扇出技术发展现状及展望

基于多芯光纤的空分复用是解决当前光通信传输容量瓶颈的最有效方法之一,多芯光纤扇入扇出(FIFO)技术是实现多芯光纤空分复用系统的关键,它用于实现单个多芯光纤到多个单芯光纤的光耦合功能.文章总结了近十年来多芯光纤FIFO器件和装置的方法,将它们归纳为熔融、光纤束、自由空间光和三维集成波导4种类型,分析并比较了几种类型器件...     

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。     

基于少模光纤布拉格光栅的模分复用系统实验研究

本文提出了一种基于少模光纤布拉格光栅(Few-mode FBG)的模分复用通信系统,阐述了基于少模光纤布拉格光栅的模分复用/解复用原理,建立了2×2的模分复用实验系统,分别利用LP01和LP11模作为独立信道,实现了1.25 Gbps和622Mbps两路伪随机序列(PRBS)的10km传输实验,给出了传输后的眼图,分析了当激光器波长为1549.228nm时,实验系统的误码特性.实验验证了基于少模光纤布拉格光栅的模分复用通信系统的可行性,为进一步实现长距离高速率的模分复用通信奠定了实验基础.     

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。     

大数据分析技术的光纤传感谱形复用技术研究

光纤传感谱形复用研究属于传感网络设计里的核心问题,针对当光纤传感谱形复用技术存在的误差大,耗时长等缺陷,结合光纤传感谱形复用的特点,设计了 一种基于大数据分析技术的光纤传感谱形复用技术.首先采用大数据分析技术得到法得到光纤传感重叠光谱数据,并对其进行一定的预处理,然后引入粒子群算法对光纤传感重叠光谱数据实施光纤传感谱形...     

低弯曲损耗少模光纤传输特性研究

提出一种采用少模阶跃光纤与单模光纤连接的方法,实现低弯曲损耗传输的新型光纤通信系统。采用有限元法研究了在模场直径相同的情况下少模光纤纤芯半径与折射率差的关系,以及不同参数下光纤的弯曲损耗;采用光束传播法计算了少模光纤的各种模式与普通单模光纤的基模的连接损耗。证明了采用少模光纤可以利用模式间的正交性实现有效的单模传输,并具有低的弯曲损耗和连接损耗。     

Investigation of nonlinear effects in few-mode fibers

In this work, nonlinear optical effects are exploited for future implementations of space-division multiplexing fiber systems. The paper first presents the fundamentals of intermodal nonlinear phenomena over few-mode fibers, such as cross-phase modulation, four-wave mixing (FWM), stimulated Brillouin scattering and stimulated Raman scattering. Second, the potential applications of few-mode nonlinear effects are discussed for sensing and optical signal processing. We demonstrated how fiber mode symmetries and linear mode coupling affect intermodal power transfer and spectral broadening. Lastly, the paper proposes a ultrafast all-optical simultaneous wavelength and mode conversion scheme based on intermodal FWM, with the capability of switching state of polarization and mode degeneracy orientation. Under this scheme, cross-polarization modulation and cross-mode modulation can be achieved.     

光网络技术的发展与应用

主要从TDM（时分复用）、WDM（波分复用）、光纤技术、节点技术及全光网络等方面的发展介绍了近阶段光网络技术的发展与应用。