阅读说明：本技术 一种正交模式复用光信号的耦合保持方法及装置 (Coupling keeping method and device for orthogonal mode multiplexing optical signals ) 是由 刘博� 忻向军 任建新 毛雅亚 赵建业 王瑞春 沈磊 吴泳锋 孙婷婷 赵立龙 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种正交模式复用光信号的耦合保持方法和装置,其中方法包括：将不同的正交模式光信号扇入到多芯光纤中进行纤内耦合,耦合之后的光信号以统一的正交模分复用信号形式输入到多模光纤中进行正交模分复用传输,在传输过程中采用中继节点对光信号进行整形补偿,保持模式之间的正交性。本发明通过中继节点对多模光信号的补偿,保持正交模式信号在传输过程中的耦合特性；通过减小多芯光纤之间的纤芯距来增加耦合系数,实现多芯光纤中纤芯之间的强耦合,实现正交模式的耦合。(The invention discloses a coupling keeping method and a coupling keeping device for orthogonal mode multiplexing optical signals, wherein the method comprises the following steps: the optical signals in different orthogonal modes are fanned into the multi-core optical fiber for in-fiber coupling, the coupled optical signals are input into the multi-mode optical fiber in a uniform orthogonal mode division multiplexing signal form for orthogonal mode division multiplexing transmission, the optical signals are shaped and compensated by adopting the relay nodes in the transmission process, and the orthogonality among the modes is kept. The invention keeps the coupling characteristic of the orthogonal mode signal in the transmission process by the compensation of the relay node on the multimode optical signal; the coupling coefficient is increased by reducing the fiber core distance between the multi-core fibers, so that strong coupling between the fiber cores in the multi-core fibers is realized, and the coupling of an orthogonal mode is realized.)

一种正交模式复用光信号的耦合保持方法及装置

技术领域

本发明涉及光通信领域，特别涉及一种正交模式复用光信号的耦合保持方法及装置。

背景技术

随着人们对网络容量需求的增加，通信带宽快速增长，传统光纤通信的技术如高阶编码调制、波分复用以及偏振复用等实现了容量的进一步提升，但作为信号传输载体的单芯单模光纤很难满足日益增长的容量需求。

模分复用技术(MDM)被认为是提升光通信容量重要的手段，但是传统的MDM在传输时，信号光在光纤传输器件中通常会受到模式耦合和模态失散引起的串扰及失真，尤其在长距离传输中，信号间的串扰更是不容忽视的，这使得MDM系统的容量以及应用环境受到了极大限制。

在理想条件下，少模光纤传输过程中任意模式之间都满足正交性，但在实际应用中由于光纤制备过程的瑕疵以及使用中出现弯曲等现象的影响，导致少模光纤传输中各个模场之间叠加，破坏模式的正交性，致使模式串扰，从而导致传输距离和传输质量的下降。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明目的是提供一种正交模式复用光信号的耦合保持方法，利用多芯光纤实现纤芯之间的强耦合，再通过中继节点对光信号进行模式整形与补偿，保证多模光信号在传输过程中的正交性。

技术方案：本发明所述的一种正交模式复用光信号的耦合保持方法，包括：将不同的正交模式光信号扇入到多芯光纤中进行纤内耦合，耦合之后的光信号以统一的正交模分复用信号形式输入到多模光纤中进行正交模分复用传输，在传输过程中采用中继节点对光信号进行整形补偿，保持模式之间的正交性。

所述整形补偿包括：首先对传输的正交模分复用信号进行波前匹配，降低模式组间的串扰，再将统一的正交模场解耦合，分离成耦合前的多个不同的模场，分别对不同模式光信号进行直接补偿，使得各正交模式信号光场强度相同且同相位，通过耦合器再次对模式进行耦合。

所述波前匹配包括：探测波前相位信息获取波前相位的畸变漂移信息，利用共轭光束重构波前的相位信息作为控制信号，最后通过改变折射率实现相位补偿。

所述多芯光纤的纤芯距比常规光纤小，有更大的耦合系数，通过减小纤芯距实现耦合系数的增加。

本发明所述的一种正交模式复用光信号的耦合保持装置，包括：

多芯光纤，将不同的正交模式光信号进行纤内耦合然后发送给多模光纤；

多模光纤，将耦合之后的光信号以统一的正交模分复用信号形式进行正交模分复用传输；

波前匹配模块，对传输的正交模分复用信号进行波前匹配，降低模式组间的串扰；

模场分离模块，将统一的正交模场解耦合，分离成耦合前的多个不同的模场；

模场整形模块，分别对不同模式光信号进行直接补偿；

模场再耦合模块，对补偿后不同模式信号进行耦合，将多路光信号并做一路多模传输。

所述波前匹配模块包括：

波前探测模块，探测波前相位信息，获取波前相位的畸变漂移信息，为波前控制做基础；

波前控制模块，利用共轭光束重构波前的相位信息作为控制信号；

波前校正模块，通过改变折射率实现相位补偿。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：

1、通过中继节点对多模光信号的补偿，保持正交模式信号在传输过程中的耦合特性；在长距离的多模信号传输中，通过设置多个中继节点，实现低损耗、长距离、高质量的传输；

2、通过将分立的模式考虑为正交模式，通过建立统一的编码方案，使得不同模式之间的互相关为零，避免传输过程出现串扰；

3、通过减小多芯光纤之间的纤芯距来增加耦合系数，实现多芯光纤中纤芯之间的强耦合，实现正交模式的耦合。

附图说明

图1为本发明正交模式复用光信号的耦合保持方法流程图；

图2为本实施例中多芯光纤与常规19芯光纤截面图；

图3为正交模式耦合光场传播路径示意图；

图4为正交模式耦合流程图；

图5为中继节点原理流程图。

具体实施方式

本实施例所述的一种正交模式复用光信号的耦合保持方法，流程如图1所示，包括：首先通过空间光调制器产生正交模式的光信号，且正交模式信号的模式之间没有交叠，呈多个圆环状的模场组合形式，如图3，将不同的正交模式光信号扇入到多芯光纤中进行纤内耦合，利用相位匹配的条件，经过一段耦合距离后，单模光纤中的不同模式的光信号发生模式耦合，根据模式耦合理论，光纤的总电场分布表示为

其中β_i第i个纤芯的传输常量，|A_i(z)|²为第i个纤芯中总的光功率，E为横向的电场分布，z为传播方向。

本实施例以19个正交模式的复用传输系统为例，采用的多芯光纤为19芯的光纤，如图2所所示，与常规19芯光纤纤芯距r₁相比，本实施例中的多芯光纤的纤芯距r₂更小，从而增加耦合系数。多芯光纤前端与单模光纤连接，接收不同模式的光信号，并通过多芯间的强耦合将不同的正交模式耦合在一起，从光纤的另一端输出到多模光纤中进行正交模分复用传输，耦合之后的总正交模场如图3所示，其中图4为耦合流程图。在传输过程中采用中继节点对光信号进行整形补偿，保持模式之间的正交性。

对传输的正交模分复用信号进行波前匹配，使光信号的相位抑制，从而降低信号间的串扰，主要由波前探测、波前控制以及波前校正三部分构成：探测波前相位信息获取波前相位的畸变漂移信息，利用共轭光束重构波前的相位信息作为控制信号，通过改变折射率实现相位补偿。

降低模式组间的串扰，再将统一的正交模场解耦合，分离成耦合前的多个不同的模场，分别对不同模式光信号进行直接补偿，使得各正交模式信号光场强度相同且同相位，通过耦合器再次对模式进行耦合。整个正交模式光信号传播路径中光场变化如图5所示。

一种正交模式复用光信号的耦合保持装置，包括：

多芯光纤，将不同的正交模式光信号进行纤内耦合后；

多模光纤，将耦合之后的光信号以统一的正交模分复用信号形式进行正交模分复用传输；

波前匹配模块，对传输的正交模分复用信号进行波前匹配，降低模式组间的串扰；

模场分离模块，将统一的正交模场解耦合，分离成耦合前的多个不同的模场；

模场整形模块，分别对不同模式光信号进行直接补偿；

模场再耦合模块，对不同模式信号进行耦合，将多路光信号并做一路多模传输。

其中波前匹配模块包括：

波前探测模块，探测波前相位信息，获取波前相位的畸变漂移信息，为波前控制做基础；

波前控制模块，利用共轭光束重构波前的相位信息作为控制信号；

波前校正模块，通过改变折射率实现相位补偿。