基于低损耗多芯光纤的空分复用量子密钥分配

基于商用4芯低损耗多芯光纤（MCF）和相位编码量子密钥分配（QKD）系统,实验验证空分复用-量子密钥分配（SDM-QKD）方案的实际产业化可行性。通过超过4 h不间断运行,当共纤传输距离为21.39 km时,QKD的安全密钥率平均值为2.90 kbit/s,量子比特误码率平均值为0.88%;当共纤传输距离为42.78 km时,QKD的安全密钥率平均值为0.75 kbit/s,量子比特误码率平均值为2.15%。与量子信号单独占用一根光纤时QKD的性能进行对比,商用多芯光纤的芯间串扰对QKD信噪比的影响较小,表明基于商用多芯光纤可实现SDM-QKD的实际部署和应用。     

基于DWDM的经典-量子信息共信道同传系统噪声分析

经典-量子信息共信道同传是光纤量子密钥通信中的关键应用技术。为解决同传系统在复杂的背景噪声环境下的传输效率问题,通过剖析基于DWDM的共信道同传系统中典型噪声干扰因素,对该系统中DWDM信道串扰及自发拉曼散射噪声建立模型,仿真计算不同光纤长度及不同波长信道下噪声干扰对系统的影响。分析结果表明,在初始功率恒定的情况下,系统噪声不会随光纤长度增加而无限积累,而是趋于恒定数值;而在接收功率恒定的情况下,系统噪声随光纤长度增加不断增长。从信道的波长角度看,处于低噪声环境的经典与量子信道波长符合密集波分复用要求。根据ITU-T建议下的DWDM信道间隔,在经典-量子信道波长间距为1.6nm时,系统性能最佳,该仿真结果与经典实验的结论相吻合。     

基于少模光纤单模工作的量子-经典信号同传

考虑到少模光纤单模工作时具有低非线性以及损耗、色散保持特性,提出基于少模光纤单模工作的量子-经典信号同传方案.使用Optisystem构建了基于少模光纤单模工作的量子-经典信号同传模型,分析了其传输性能,并与现有的基于单模光纤的量子-经典信号同传模型进行了对比.结果表明所提模型可以有效降低现有模型中的非线性效应和信号串扰,将误比特率降低了两个数量级,显著提高了信号的传输质量,可用于量子保密通信大规模网络化.     

面向模分复用的少模光纤熔接失准容忍度分析方法

提出基于拉盖尔-高斯模的少模光纤熔接失准容忍度分析理论模型,剖析不同少模光纤归一化截止频率和纤芯半径参数熔接条件下,熔接点处空间模式耦合效率对横向偏移、旋转角度等熔接参数的容忍度变化规律,并以六模光纤(可支持LP₀₁、LP_11a、LP_11b、LP_21a、LP_21b和LP₀₂模式)熔接为例进行分析。数值分析结果表明,在不同光纤参数归一化截止频率V和纤芯半径a条件下,不同空间模式之间的耦合效率对熔接横向偏移量d和角度失配θ的容忍度呈现不同的分布规律。发送与接收少模光纤的V值相差越大,LP₀₁自耦合效率对熔接横向偏移量的容忍度越低,而不同纤芯半径a下熔接偏移量对自耦合效率的影响较光纤V的影响更显著等。因此,针对不同参数少模光纤熔接,需要严格控制熔接的横向偏移和角度失配,以达到理想的空间模式熔接耦合效率。该理论模型为评估少模光纤熔接质量及熔接参数匹配设计与优化提供了理论依据。     

利用数字正交滤波降低IM-DD模分复用传输中的信号串扰

提出了使用数字正交滤波降低LP_(11a)和LP_(11b)空间模式信号串扰的方法。基于模式选择性光子灯笼的强度调制直接检测(IM-DD)模分复用传输实验表明,PAM8信号在背靠背及经过500 m少模光纤的模分复用传输中,使用数字正交滤波方法结合传统的干扰抵消算法,可使信号的误码率(BER)降低至少2个数量级。该方法从信号处理的角度出发,为低成本、短距离模分复用数据传输中的模式串扰问题提供了一种解决方案。     

偏分复用系统中偏振模色散补偿与偏分解复用一体化方案

本文建立了偏分复用系统中偏振模色散与信号偏振态变化引起信道串扰的数学模型, 分析了偏振模色散对偏分复用信道射频功率的影响, 并提出了适用于偏分复用系统的光域偏振模色散补偿与偏分解复用同时进行的方案: 用信道的射频功率作为反馈控制信号, 监测链路中偏振模色散和偏振态变化引起的信道串扰的大小, 用改进的粒子群优化算法对偏振控制器进行自适应控制, 同时完成偏振模色散补偿与偏分解复用. 在112 Gb/s偏分复用-差分正交相移键控(PDM-DQPSK)传输系统中仿真验证了该方案的有效性. 结果表明该方案可以使112 Gb/s-PDM-DQPSK传输系统完成自适应偏分解复用的同时, 在1 dB的光信噪比代价下, 使系统对偏振模色散的容忍度提高20 ps.关键词：偏分复用系统信道串扰偏振模色散偏分解复用     

基于深度学习的多模光纤通信系统的模式与模群识别

基于模式/模群复用的多模光纤通信系统是目前光通信领域的研究热点.系统中存在多个模式/模群,如何准确识别它们是提升传输系统性能的关键问题之一.提出了一种基于深度学习的多模光纤模式与模群的智能识别模型,通过引入全卷积神经网络(CNN),对噪声影响情况下线偏振模式及其模群进行仿真和实验研究.首先,基于多平面光转换模式复用器件...     

时间抖动对相位编码量子密钥分发系统量子误码率的影响

就时间抖动对相位编码量子密钥分发(QKD)系统量子误码率(QBER)的影响进行了系统的分析,建立了相位编码QKD系统量子误码率和时间抖动关系的物理模型,给出了单光子脉冲的一般波形函数和量子误码率之间的关系.针对高斯脉冲分布,导出了时间抖动引起的相位编码QKD系统的量子误码率与脉冲宽度和时间抖动分布参数之间的定量关系.得...     

具有模式依赖损耗的模分复用系统的动态信道补偿特性

对具有模式依赖损耗(MDL)的光纤模分复用(MDM)传输系统进行仿真,同时考虑了MDL与突发干扰对系统性能的影响。分析MDL对4×4 MDM传输系统的影响,同时施加不同强度的快速干扰。采用自适应算法,即最小方均(LMS)算法和递归最小二乘(RLS)算法,进行快速信道补偿,使用方均误差(MSE)计算信道补偿算法的性能。仿真结果表明:MDL使系统性能下降;LMS和RLS算法均能补偿动态干扰对系统的影响,但MDL使补偿后的系统性能变动较大,即MSE的方差变化较大。     

基于带有模式分离器的微环谐振器的波长-模式混合复用系统

在微环谐振器耦合区添加模式分离器,提出一种硅光混合集成的波长复用和模式复用的结构,以解决微环谐振器无法进行模式分离的问题。该微环谐振器的品质因子为3 692,3 dB光学带宽为52 GHz,自由光谱范围为1.03 THz,TE0模式产生的串扰为-11.0 dB,插入损耗低至-0.66 dB。基于此,提出一个双模式输入的发射-接收的模式复用系统。仿真结果显示该系统可以有效分离TE0和TE1模式,且微环具有波长选择能力。系统复用器和解复用器在C波段可以实现超紧凑的波长/模式复用结构。此外,制造公差从-10 nm到+15 nm内滤出端口有大于1 dB的响应,传输端口有小于-20 dB的响应。该微环结构能够同时实现模式和波长选择功能。     

只需一个解调器的偏分复用差分相移键控系统实验实现

偏分复用技术是提高系统传输速率的有效方法之一.搭建了被称为双偏振态差分相移键控(Dual-Pol.DPSK)码的新型偏分复用实验系统,它与具有相同的比特波特比的差分正交相移键控(DQPSK)调制方式相比,接收机要简单很多.与传统的偏振分解复用(POLMUX)技术相比,它无需偏振控制或偏振跟踪,只需一个解调器和一个平衡探...     

面向模分复用的偏振保持领结型椭圆芯少模光纤的设计

提出了一种弱耦合领结型椭圆芯应力保偏少模光纤(PM-FMF),通过使用高折射率纤芯,所提出的光纤可在1505～1585 nm波段下,支持32个独立的本征模式。椭圆纤芯和领结型应力区的引入,有效地分离了相邻的本征模式。采用有限元法对领结型椭圆芯应力PM-FMF的纤芯及领结型应力区的结构参数进行优化。评估了光纤参数对模式数量、模式间的最小有效折射率差、模态双折射、应力双折射以及弯曲损耗的影响。此外还分析了该光纤的带宽性能,包括模式间的有效折射率、有效折射率差、差分模式时延(DMD)。经数据分析,在1505～1585 nm波段下,该光纤支持的32个本征模式是完全分离的,相邻模式之间的最小有效折射率差大于1.295×10⁻⁴。所提出的弱耦合保偏少模光纤能够提高传输容量,在本征模式复用传输中具有潜在的应用前景。     

高速DP-QPSK模分复用信号在少模掺铒光纤放大器中的传输实验

模分复用(MDM)与高速光传送网(OTN)相结合,能缓解日益增长的带宽需求压力和降低已有相干通信设备的使用成本。搭建了100 Gbit/s双偏振正交相移键控(DP-QPSK)MDM信号放大传输系统,主要包括MDM信号收发单元和少模掺铒光纤放大器(FM-EDFA),其中FM-EDFA采用少模隔离型波分复用器(FM-IWDM)构建。三模(LP₀₁、LP_11a和LP_11b)放大传输实验表明,相对于无FM-EDFA的MDM系统,各信道的接收机灵敏度(以10^-2误码率为参考)分别劣化0.55 dB、1.47 dB和0.99 dB。研究了两模(LP₀₁和LP_11b)放大情形下模式增益差(DMG)对信道灵敏度均衡性的影响,结果显示两者无明显的依赖关系。所得结论可为双偏振(DP)信号的MDM放大传输研究提供参考。     

基于MIMO神经网络均衡的16QAM模分-波分复用相干传输系统

提出了一种基于神经网络的多输入多输出（MIMO）均衡器,并在大容量模分-波分复用通信系统中进行了实验验证。该系统基于6模掺铒光纤放大器实现了16通道波分复用双极化48 Gbaud 16阶正交振幅调制（16QAM）,在LP01、LP02、LP11a、LP11b、LP21a、LP21b六种模式上传输了100 km少模光纤（FMF）。为降低非线性的影响,在接收端数字信号处理中,采用基于多标签技术的MIMO神经网络均衡器,能够显著提升系统性能。实验结果表明,经100 km的FMF传输,MIMO神经网络均衡器的强大性能使得系统的比特误码率能满足15%软判决前项纠错阈值要求。     

光子灯笼模分复用系统MIMO-free高速传输实验

为考察无需多输入多输出模分复用系统的高速信号传输能力,采用模式选择光子灯笼型模式复用/解复用器构建了2×100 Gb/s双偏振正交相移键控模分复用通信实验系统,系统中用到的少模偏振控制器状态可由LP₀₁和LP_11b两个模式信道的信串比参数准确表征。测试了系统误码率与信串比关系,实现两个信道纠后无误码传输的条件为信串比约大于8 dB。当两个信道的信串比分别为14.25 dB和13.81 dB时,与背对背收发系统相比,纠后无误码阈值(10^-2)的接收光功率代价分别为1.40 dB和4.76 dB。分析了光纤衰减、偏振模色散和模式串扰对高速传输系统的影响,估算了串扰受限系统可支持的少模光纤传输距离约为30 km。     

基于少模光纤的模分复用系统多输入多输出均衡与解调

针对光纤模分复用传输系统中模式耦合串扰问题, 设计并制备了一种新型少模光纤, 其较高的模式差分群延时保证各模式信道独立传输.在此基础上, 提出一种级联多输入多输出(MIMO)延时均衡算法, 进一步减少源于模式复用器和解复用器的模式串扰, 提高基于少模光纤的模分复用传输系统的传输距离和传输容量.与传统MIMO均衡算法相比, 级联MIMO延时均衡算法在没有显著增加计算复杂度的条件下, 能够应用于模式差分群延时很大的模分复用传输系统.对单信道传输速率为 40 Gbps的四相相移键控两模复用传输系统进行仿真, 经40 km少模光纤传输后, 采用级联MIMO均衡算法较普通MIMO均衡算法有1.7 dB的质量因子的提升. 仿真结果证明, 使用少模光纤和级联MIMO延时均衡算法能够有效地消除模分复用信号间的串扰, 有望在下一代大容量光纤传输系统中获得 推广应用.关键词：模分复用少模光纤模式差分群延时多输入多输出均衡     

n模耦合谐振子量子系统的精确波函数

利用不变本征算符法研究了n模耦合谐振子量子系统的简正频率及其对应的简正坐标与共轭动量,并对系统的哈密顿量进行了退耦合,得到了系统的明显的简正频率解析解.推导出坐标表象中系统的精确波函数的解析解.并对不同情形的耦合系数进行了讨论,认识到n模动量耦合谐振子体系和n模坐标耦合谐振子体系是本文所研究的体系的特例.     

偏振模色散及非线性效应对40 Gbit/s密集波分复用系统的影响

高速率、大容量的密集波分复用系统是光纤通信系统的最终发展方向 ,单信道速率达到 4 0Gbit/s时 ,光纤的非线性效应、偏振模色散现象对系统的影响更加突出。在综合考虑群速度色散、自相位调制、交叉相位调制、四波混合、偏振模色散等因素的基础上 ,推导了密集波分复用系统中任意信道的耦合非线性薛定谔方程组。利用扩展的分步傅里叶方法对该方程进行了数值计算 ,通过对 8× 4 0Gbit/s密集波分复用系统的仿真 ,分别研究了非线性效应和偏振模色散对密集波分复用系统的影响。发现由于交叉相位调制和四波混合作用 ,多波长的密集波分复用系统比单波系统受非线性效应影响严重 ;系统受偏振模色散与非线性效应的影响程度与输入信号功率有关 ,在入射光单信道平均功率较低 0 .1mW时 ,偏振模色散是影响系统性能的主要因素 ;当入射光单信道平均功率较高1mW时 ,系统受非线性效应影响严重。而偏振模色散在使信号脉冲展宽的同时 ,类似于非零色散位移光纤中的微小色散 ,对非线性效应又有一定的抑制作用。     

高速IM-DD模分复用通信系统中基于神经网络的MIMO均衡技术

在低成本的强度调制-直接检测(IM-DD)光通信场景中引入基于神经网络(NN)的多输入多输出(MIMO)均衡技术,使用两个筒并的LP11模式,成功演示了通过1000 m少模光纤(FMF)的高速模分复用(MDM)传输实验.借助基于NN的非线性MIMO均衡器,在没有光学放大器的情况下,实现基于30 G带宽光学器件下的2×1...