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.     

32.768 Tbit/s净速率1000km长少模光纤波分复用系统

为了满足日益增长的数据需求,实现“超大容量、超长距离”通信,结合波分复用、偏振复用、模式复用3种复用技术,演示了一个少模光纤传输系统。实验生成符合ITU-T标准的80个通道,利用两个正交偏振及LP11a、LP11b两个模式,在最长达1000 km的少模光纤上传输32 GBaud的16QAM信号。为了减少色散效应和严重的偏振间、模间串扰产生的影响,在接收端数字信号处理（DSP）中,采用基于时域和频域的多输入多输出（MIMO）均衡解复用技术,显著提升系统性能。实验结果表明,经500/1000 km的少模光纤传输,系统的比特误码率（BER）分别能满足7%低密度奇偶校验码（LDPC）硬判决门限（3.8×10-3）和25%LDPC软判决门限（4.2×10-2）。当少模光纤传输距离为1000 km时,系统实现的净速率为32.768 Tbit/s,属于国内领先水平。     

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     

基于少模光纤的SBS光谱阈值特性分析

受激布里渊散射会影响少模光纤传输系统中的信噪比、传输距离与传输容量,是影响传输系统入纤功率提高的重要因素。对阶跃型少模光纤的受激布里渊散射谱的阈值进行了研究,运用了布里渊散射谱、模式联运谱的数学模型对少模光纤散射特性进行了分析,探讨了少模光纤布里渊散射增益谱、阈值增益系数,以及光纤各参量对少模光纤阈值的影响。分析结果表明：SI-10阶跃型少模光纤中存在五种不同的传播模式,不同模式有各自的传输常数以及有效折射率,各模式相互作用导致模式展宽、增益降低,且布里渊散射谱峰值增益系数为3.9×10-11 m·W-1。阈值增益系数受到光纤传感距离的影响,在相对较短距离传输中阈值急速下降,且其趋势随长度增加渐趋平缓,当光纤长度达到22 km时阈值增益系数趋于常数18.1。少模光纤的阈值因光纤长度的递增而递减,且递减趋势渐缓趋于常数20.5 dBm;少模光纤不同模式受激布里渊散射的阈值也因光纤长度的递增而递减最终趋于常数,且不同模式的阈值因模式阶数的递增而递增;少模光纤的阈值随着光纤衰减系数和纤芯半径的递增而递增,且增加趋势缓慢增大。不同衰减系数的光纤其阈值在不同长度趋于常数,衰减系数越大受激布里渊散射阈值越大越容易趋于一常数。     

七芯及十九芯大模场少模光纤的特性研究和比对分析

提出了一种新型的多芯大模场少模光纤.包含缺失空气孔的特殊结构使其具有独特的少模特性, 仅传输HE₁₁模和HE₂₁模.分析表明七芯大模场少模光纤能维持稳定的双模式运转, 且基模有效面积可达866.54 μm². 系统研究了光纤结构参数影响模式特性和基模有效面积的规律, 并分析了纤芯数目增加带来的性能相似性和差异性–-进阶的十九芯大模场少模光纤在继承少模特性的同时, 模场面积大大增加, 其基模有效面积可高达3617.55 μm². 对比已报道的少模光纤, 多芯大模场少模光纤获得了更大的有效面积, 并具有良好的弯曲特性, 有望被用于更高功率的光纤放大器、光纤激光器以及高速大容量光纤传输系统中. 关键词： 少模光纤 多芯 大模场面积 弯曲损耗     

封面解读

正封面以少模掺铒光纤放大器中的阶跃光纤为基础,设计了光纤的多层环形掺铒结构,根据少模光纤中存在的多种信号模式,通过遗传算法优化了掺铒光纤的结构参数,有效降低了经放大器增益后模分复用信号的模间增益差,实现了少模光纤放大器对多模式复用信号的均衡增益。     

模式耦合对模分复用同传系统中量子误码率的影响

基于少模光纤模分复用的量子—经典信号同传方案中,光纤内的模式耦合效应会导致信道间发生串扰,造成误码。为此,构建了少模光纤分段化链路模型,研究了光纤拼接误差导致的模式耦合强度大小,并在此基础上推导了存在模式耦合时系统的量子误码率(QBER)公式。通过比较各模式所受到的耦合强度,确定该同传方案中量子信号的最优传输模式;进一步讨论了不同纤芯轴向偏移距离、扭转角度和光纤长度对系统QBER的影响。结果表明,这三个影响链路模式耦合强弱的因素都与QBER成正相关,光纤拼接误差较小的短距离量子—经典信号模分复用同传系统可有效降低QBER。     

低差分模式群时延少模光纤的变分法分析及优化

基于少模光纤的模分复用技术可使传输容量增加数倍,是目前光纤通信系统的研究热点.当复用模式数量较多时,模式之间的串扰可在接收端采用多输入多输出数字信号处理算法解决.差分模式群时延(DMGD,DMGD)越大,算法复杂度越高,为了降低接收机的复杂度需要使用低DMGD的少模光纤.本文提出了使用变分法分析任意芯层折射率高于包层的少模光纤,推导出了这类光纤中基模的模斑尺寸、各个模式归一化传播常数、相对于基模的DMGD的解析表达式,以及它们与归一化频率和光纤制造参数的关系.在此基础上,以梯度型少模光纤为研究对象,优化了光纤参数,得到能够传输前6个LP模,在C和L波段|τ_DMGD|<15 ps/km的少模光纤的优化参数为:最大芯层折射率与包层折射率之差n₁-n₂=0.01,纤芯半径a=14μm,折射率分布指数α=1.975.最后讨论了光纤制造误差对DMGD的影响.     

基于SPGD算法的少模光纤耦合解复用系统动态湍流补偿仿真

在空间光通信系统中,激光在大气中传输时容易受湍流效应影响,且接收端往往使用模场半径极小的单模光纤进行空间光耦合,导致光纤耦合效率降低,影响通信系统性能.为了提高接收端光纤耦合效率,结合随机并行梯度下降(SPGD)算法和少模光纤耦合解复用系统对动态湍流所引起的波前相位畸变进行补偿校正,并实现了传输距离为5 km的空间光通信数值仿真.仿真结果表明:在不同的湍流强度和风速条件下,未经SPGD算法校正时,两模光纤的耦合效率比单模光纤提高了0.5 dB～1.5 dB,相对标准差降低了0.03～0.4;经过SPGD算法校正后,两模光纤的耦合效率比单模光纤提高了0.4 dB～2.2 dB,中强湍流下,相对标准差降低了0.1～0.2.因此在空间光通信中,采用少模光纤进行耦合接收比单模光纤具有更好的耦合效果,有利于提高通信系统稳定性.     

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。     

少模光纤熔接点处模式耦合测量

在少模光纤的模分复用(MDM)系统中,少模光纤之间的熔接不可避免。精确测量少模光纤熔接点处的模式耦合,可以为评估熔接质量和定位系统故障提供可靠依据。基于背向瑞利散射原理,分析了少模光纤熔接点处模式耦合特性,基于光子灯笼结构和光纤环形器建立了少模光纤熔接点耦合测量系统,成功测试了两段3模光纤(长度分别为0.9km和9.8km)熔接点处的模式耦合。实验结果表明:当偏移量为1.5μm和2.0μm时,熔接点处模式耦合分别为-14.9dB和-13.9dB。     

少模光纤布拉格光栅折射率传感的分析与测量

理论分析和模拟计算了少模光纤布拉格光栅基模及高阶模的耦合与传输特性,得到在相同外部折射率变化情况下,少模光纤基模与高阶模耦合对应的布拉格波长变化,比正、反向基模之间耦合对应的布拉格波长变化显著增大.实验上制作了少模光纤布拉格光栅,测量了基模之间以及基模与高阶模之间对应的布拉格波长随外部折射率、温度变化的情况,得到与理论分析相符的结果.而对于温度变化对折射率测量结果干扰的问题,提出了通过计算布拉格波长差来克服温度影响的方法.这些结果为采用布拉格光纤光栅测量外部折射率变化提供了一种新的途径.     

低差分模式时延少模光纤的有限元分析及设计

针对少模光纤展开研究, 利用Comsol软件计算其模场分布、有效折射率, 进而分析光纤的差分模式时延. 通过分析不同结构参量对模式数量和差分模式时延的影响, 设计出了两种低差分模式时延的少模光纤, 即带有外下陷的渐变式光纤和多阶少模光纤. 波长在1530–1570 nm 范围内, 带有外下陷的渐变式光纤支持四模传输, LP₁₁, LP₂₁, LP₀₂模式的差分模式时延的绝对值小于0.015 ps·m^-1; 多阶少模光纤支持两模传输, LP₁₁的差分模式时延低于0.185 ps·m^-1. 两种少模光纤均具有良好的差分模式时延特性, 适于在模分复用技术中应用.     

基于非线性光纤环形镜的少模脉冲幅度调制再生器

随着网络带宽需求的快速增加,波分复用系统的容量已接近非线性香农极限.为了适应未来网络的发展,空分复用技术引起了越来越多的关注.本文首次提出基于少模非线性光纤环形镜(FM-NOLM)的脉冲幅度调制(PAM)全光再生器,描述了其工作原理和具体设计过程.采用COMSOL软件对组成FM-NOLM的硫化物高非线性光纤进行了模式特性仿真.以LP01,LP11,LP21三个光纤模式为例,确定了再生器的参数,计算出每个模式的功率转移函数曲线.仿真分析了该少模PAM-4全光再生器的噪声抑制(NRR)性能,并与单模情形进行了比较.研究表明,1)对于每个空间模式的PAM信号,所有再生电平具有一致的功率转移性能;2)当输入信噪比(SNR)约大于20 dB时,三种模式的噪声抑制比均可超过3 dB,并随着输入信噪比线性增加,其斜率约为1.2;3)在相同输入SNR条件下,三种模式的噪声抑制比相差不大,不超过1.1 dB.为了说明再生器的再生性能,当输入SNR为25 dB时,我们还给出了再生前后PAM-4信号的功率分布直方图.与现有的再生方案相比,本文方案的均匀多电平再生转移性能,使其更适合高频谱效率的长距空分复用系统和任意电平数的PAM信号再生.此外,该方案也能够扩展到波长域,有效提高光通信系统的传输容量.     

折射率不敏感的级联型单模-少模-单模光纤温度传感器

提出了一种折射率不敏感的级联型单模-少模-单模光纤温度传感器。在制作传感器的过程中,设置熔接电流为100 mA,通过将少模光纤与单模光纤进行无错位熔接,以激发稳定的传输模式,形成光纤马赫-曾德尔干涉仪。由于外界环境的改变会引起少模光纤中不同模式之间相位差的改变,从而导致干涉条纹的漂移,因此通过检测干涉条纹的漂移量就可以实现待测参数的检测。少模光纤可以传输LP₀₁,LP₁₁,LP₂₁,LP₀₂共四种模式的光。实验中对长度为81.5 mm的传感器光谱进行分析可知,发生干涉的两个模式主要是LP₀₁模和LP₁₁模。利用该长度的级联型单模-少模-单模光纤传感器进行折射率和温度传感实验,结果表明,随着传感器温度不断的增加,其传输光谱出现了明显的蓝移现象,在27.6~93.8 ℃的温度变化范围内,灵敏度高达-85.9 pm·℃-1,且具有较好的线性度;在甘油折射率为1.347 1~1.443 9变化范围内,其传输光谱没有出现明显的漂移现象,灵敏度仅为3.697 34 nm·RIU-1,具有折射率不敏感特性。因此,相对于传统的包层模干涉型与多模干涉型光纤传感器,所提出的基于FMF的传感器更易于实现对传输模式的控制与分析,且具有结构简单、易于制备、灵敏度高等优点,能够避免温度与折射率同测的交叉敏感问题,可用于电力系统、生物医学、航空航天等领域的温度检测。     

少模光纤的不同模式布里渊散射特性

少模光纤可以传输有限的正交模式,具有模间干涉小、模式易于控制等优点.基于少模光纤的布里渊散射传感器能够有效地减小多参量测量过程中的交叉敏感,实现多物理量的测量.本文基于波动光学理论对阶跃型少模光纤各个模式布里渊散射谱的频移、线宽、峰值增益等参数进行了分析.首先对少模光纤进行了模式分析,其次分析了少模光纤不同模式的频移、线宽、增益的数学模型,以及不同模式叠加的布里渊散射谱频移、线宽、增益.结果表明:少模光纤各模式布里渊散射谱的频移在10.19—10.23 GHz范围内,且随模式阶数的减小而增加;各模式布里渊散射谱的线宽在32—34 MHz,且随模式阶数的减小而增加;各模式布里渊散射增益谱相对幅度因为模式阶数的减小而增大.少模光纤中各个模式布里渊增益谱和多模式联运布里渊增益谱均符合洛伦兹曲线分布,多模式联运导致布里渊增益谱线宽展宽,且多模式联运布里渊增益谱相对振幅一般小于单个模式的布里渊相对振幅.     

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。     

多模光纤中基于模斑整形和反馈均衡的传输性能研究

总结了多模光纤用于数据通信的优劣点,并分析多模光纤在未来高速大容量长距离无源光接入网(PON)中应用的可行性。从弱导光纤波导理论出发,忽略模内色散以及非线性效应的影响,建立多模光纤的简化模型,并在该简化多模光纤模型的基础上,采用仿真实验的方式,对一些改善多模光纤传输性能的技术:偏心注入,改变模斑尺寸,环形注入以及判决反馈均衡进行了分析,研究和比较。实验结果证明,采用模斑整形(主要是环形注入)与反馈均衡结合的方式可以有效地改善多模光纤的传输性能,使得10Gb/s信号在多模光纤中传输超过1km。     

少模光纤的弯曲损耗研究

随着光纤通信容量的不断增加, 基于少模光纤的模分复用技术由于其多信道复用、 高频谱效率及低非线性效应成为目前提高光纤通信容量的研究热点. 本文推导得到了适用于少模光纤中高阶模式弯曲损耗的计算公式, 系统研究了下陷层辅助弯曲不敏感抛物线型少模光纤的主要参数(包括芯层半径、芯层到下陷层距离、下陷层宽度及下陷层折射率差)对其弯曲损耗特性的影响. 研究表明: 对于少模光纤, 模式阶数越高, 光纤的弯曲敏感性越高; 随纤芯与下陷层间距离的变化, 光纤各阶模式的弯曲损耗均存在一个最小值. 本文结论对弯曲不敏感少模光纤的设计、制造及少模光纤弯曲性能优化具有指导意义.     

基于无芯-少模-无芯光纤结构的温度传感特性研究北大核心CSCD

提出了一种基于无芯-少模-无芯光纤结构的温度传感器,对传感器进行了理论分析和实验研究。该传感器将无芯光纤(coreless fiber,CLF)与少模光纤(few-mode fiber,FMF)同轴熔接,构建无芯-少模-无芯的光纤结构,结构两端熔接单模(single mode fiber,SMF)光纤作为输入输出光纤,第1段无芯光纤与单模光纤的模式失配起到激发高阶模的作用,少模光纤中的LP01与LP11两种模式沿少模光纤纤芯传输,在第2段无芯光纤的作用下LP01与LP11两种模式重新耦合回单模光纤,LP01与LP11两种模式发生干涉,形成干涉光谱。当外界温度变化时,两种模式的光程差发生变化,干涉光谱的干涉波谷发生漂移,选取2个不同的干涉波谷作为特征波长,进行实验分析。实验结果表明:波长在1550 nm和1534 nm附近的干涉谷均发生红移,相应的温度灵敏度分别为68 pm/℃和44.5 pm/℃。该传感结构制作简单、灵敏度高,有很好的应用前景。