专利名称：利用多模光纤的模分复用同时传输多个信号的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种利用多模光纤的模分复用同时传输多个信号的系统和方法，具体来讲就是利用不同模式的光加载不同信号、用多模光纤进行传输的系统与方法。
背景技术：
按光纤中传输模式的多少,光纤分为单模光纤与多模光纤。单模光纤只能传输一个模式，多模光纤则容许不同模式的光于同一根光纤上传输。
虽然单模光纤更便宜、性能也比多模光纤好，但光纤网络仍采用多模光纤，其原因是多模光纤的特性正好满足了网络用纤的要求。相对于长途干线，光纤网络的特点是传输速率相对较低；传输距离相对较短；节点多、接头多、弯路多；连接器、耦合器用量大；规模小，单位光纤长度使用光源个数多。
在上述光纤网络中，弯路多意味着损耗大，节点多则光功率的分路会很频繁，这都要求光纤内部要有足够大的光功率传输。相比于单模光纤，多模光纤的光纤芯径粗，数值孔径大，可以从从光源里耦合更多的光功率。
同时，网络中连接器、耦合器用量大，单模光纤无源器件比多模光纤贵，而且相对精密、允差小，操作不如多模器件方便可靠。单模光纤只能使用激光器(LD)作光源，其成本比多模光纤使用的发光二极管(LED)高很多。
其次，网络规模小，则单位光纤长度使用光源个数多，干线中可能几百公里用一个光源，而十几公里甚至几公里的每个网络各有独立的光源。如果网络使用单模光纤配用激光器，网络总体造价会大幅度提高。据统计，单模光纤网络的成本是多模光纤的4倍。目前，新型的廉价的垂直腔面发射激光器及其收发模块已商用，价格与LED接近，其圆形的光束断面和高的调制速率正好补偿了 LED的缺点，大大降低了多模光纤网络的运行成本。
综上所述，我们可以看出，多模光纤具有的数值孔径大、易于连接、配套的器件成本较低，承载容量大等优点，使其成为短距离光纤通信的首选。
在多模光纤中，不同的导引模的群速度不同会引起色散(模间色散)，模间色散严重制约了多模光纤的带宽-距离乘积值，进而限制了其传输能力。在实际的光通信网络中， 我们利用MIMO (多输入多输出)技术可以提高其传输能力。
模式复用技术便是光路MIMO技术的一种。该技术利用了多模光纤可同时传输不同模式的光的传输特点，将不同的模式作为相互独立的信道来传输多路信号，极大的提高了多模光纤的传输能力。基本原理是在发送端将不同模式的光信号组合起来，耦合在同一根多模光纤中进行传输，在接收端再利用耦合器将不同模式的光分开。
多模光纤中传输模式的场可以用一个相互正交的函数族来表示。通过选择模式激发来分别激发每一个模式，并且在接收端利用场的正交性来分别探测各个模式，就可以实现模式的复用。
目前，比较成熟的光复用技术有波分复用，频分复用，空分复用等，基于多模光纤的模式复用属于一种较新型的复用技术，它很好的利用多模光纤可以同时传输多个模式信号的这个优点，同时又大大提高了多模光纤的传输能力，与传统的光复用技术相比，有效的提高了频谱效率，具有很大的发展潜力。
当前利用光纤传递信号大部分是应用波分复用和频分复用，有关于模分复用的应用却没有报道。发明内容
为克服现有技术中存在的不足和缺陷，本发明提出了一种利用多模光纤的模分复用同时传输多个信号的系统和方法。
本发明的技术方案是按以下方式实现的
一种利用多模光纤的模分复用同时传输多个信号的系统，包括固体激光器、光纤准直器、单模光纤、光调制器、光纤稱合器A、B、多模光纤、光解调器，其特征在于固体激光器位于多个光纤准直器之前，每个光纤准直器通过支架将其固定，每个光纤准直器后接一根单模光纤，每根单模光纤后面连接一个光调制器，各光调制器由单模光纤将其连接到光纤耦合器A，光纤耦合器A后面连接一根多模光纤，利用光纤耦合器A将多根单模光纤和多模光纤进行耦合连接；多模光纤的另一端连接光纤耦合器B，光纤耦合器B后面接多根单模光纤，单模光纤的个数与上述光纤准直器的个数一一对应，每根单模光纤后接一个光解调器， 各路单模光纤经各自的光解调器进行光解调后输出光信号；其中光调制器的调制频率与光解调器的解调频率一一对应。
所述的固体激光器是激光二极管端面泵浦固体激光器。
一种利用上述系统进行多个信号同时传输的方法，步骤如下
I)将模分复用系统连接好，将固体激光器电源打开，将光功率计放置在固体激光器出射口处以检测固体激光器是否正常工作，如有光功率显示，说明固体激光器工作正常；
2)将扫描干涉仪置于光功率计和固体激光器之间，利用扫描干涉仪测量出固体激光器发出的激光的激光模谱，之后用光功率计在与固体激光器轴向垂直的平面上检测出不同模式的激光的能量及其在空间中所处的位置；调整各光纤准直器的支架，使得各光纤准直器位于各不同模式的激光的空间位置处，这样既能将接收到的各不同模式的激光输入到与各光纤准直器相连接的不同的单模光纤中；
3)从光路中移除光功率计，将光调制器的电源打开，各路信号经光调制器调制后分别加载到各不同模式的激光上；
4)将光解调器的电源打开，加载信号的各不同模式的激光经单模光纤传输到光纤耦合器A，通过光纤耦合器A耦合到一根多模光纤再进行信号传输，传输到多模光纤的另一端后，再利用光纤耦合器B将这些不同模式的光波分离开来，分别通过解调器进行解调，得到了不同的信号，这样就能利用模分复用同时传递多个信号。
本发明首先利用扫描干涉仪测量出激光二极管端面泵浦固体激光器发出的激光的激光模谱，并用光功率计确定不同模式激光的能量，之后用光功率计在与固体激光器轴向垂直的平面上检测不同模式的光的空间位置，将光线准直器放置在这些位置上，光纤准直器将不同模式的光分别输入到不同的单模光纤中，利用光调制器将信号调制到激光上， 利用光纤耦合器A将这些激光耦合到多模光纤中传输，传到接收端后用光纤耦合器B将不同模式的光分开，并输入到不同的单模光纤中，利用光解调器将不同的信号从不同模式的光上解调出来。本发明的检测原理如下固体激光器发出的激光有多种模式，而激光的高低阶横模在空间有不 同的分布，我们可以利用这个特点把不同模式的激光分离开来。将不同模式的激光分开后，将不同的信号经光调制器加到不同模式的激光上去，然后将这些模式的激光耦合到一根多模光纤中，这样一根多模光纤就可以同时传递多个信息。当光信号传递到接收端后，再用光耦合器将携带不同信息的不同模式的光分开，再分别将不同的信号解调出来，这样就实现了多模光纤的模分复用。本发明具有以下特点将不同的模式作为相互独立的信道来传输多路信号，极大的提高了多模光纤的传输能力；多模光纤用LED作为光源，成本低；多模光纤具有的数值孔径大、易于连接、配套的器件成本较低，承载容量大等优点，适合短距离的光纤通信。
图I是本发明多模光纤模分复用系统的结构示意图。其中，1.固体激光器，2.光纤准直器，3.单模光纤,4.光调制器，5.光纤I禹合器A,
6.多模光纤，7.光纤稱合器B, 8.单模光纤,9.光解调器。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。实施例I :本发明实施例I如图I所不，一种利用多模光纤的模分复用同时传输多个信号的系统，包括固体激光器I、光纤准直器2、单模光纤3、8、光调制器4、光纤稱合器A(5)、B(7)、多模光纤6、光解调器9,其特征在于固体激光器I位于多个光纤准直器2之前,每个光纤准直器2通过支架将其固定，每个光纤准直器2后接一根单模光纤3，每根单模光纤3后面连接一个光调制器4，各光调制器4由单模光纤将其连接到光纤耦合器A (5)，光纤耦合器A (5)后面连接一根多模光纤6，利用光纤耦合器A (5)将多根单模光纤和多模光纤6进行耦合连接；多模光纤6的另一端连接光纤耦合器B (7)，光纤耦合器B (7)后面接多根单模光纤8，单模光纤8的个数与上述光纤准直器2的个数一一对应，每根单模光纤8后接一个光解调器9，各路单模光纤8经各自的光解调器9进行光解调后输出光信号；其中光调制器4的调制频率与光解调器9的解调频率一一对应。所述的固体激光器I是激光二极管端面泵浦固体激光器。实施例2:I)将模分复用系统连接好，将固体激光器电源打开，将光功率计放置在固体激光器出射口处以检测固体激光器是否正常工作，如有光功率显示，说明固体激光器工作正常；2)将扫描干涉仪置于光功率计和固体激光器之间，利用扫描干涉仪测量出固体激光器发出的激光的激光模谱，之后用光功率计在与固体激光器轴向垂直的平面上检测出不同模式的激光的能量及其在空间中所处的位置；调整各光纤准直器的支架，使得各光纤准直器位于各不同模式的激光的空间位置处，这样既能将接收到的各不同模式的激光输入到与各光纤准直器相连接的不同的单模光纤中；3)从光路中移除光功率计，将光调制器的电源打开，各路信号经光调制器调制后分别加载到各不同模式的激光上；4)将光解调器的电源打开，加载信号的各不同模式的激光经单模光纤传输到光纤耦合器A，通过光纤耦合器A耦合到一根多模光纤再进行信号传输，传输到多模光纤的另一 端后，再利用光纤耦合器B将这些不同模式的光波分离开来，分别通过解调器进行解调，得到了不同的信号，这样就能利用模分复用系统同时传递多个信号。
权利要求
1.一种利用多模光纤的模分复用同时传输多个信号的系统，包括固体激光器、光纤准直器、单模光纤、光调制器、光纤稱合器A、B、多模光纤、光解调器，其特征在于固体激光器位于多个光纤准直器之前，每个光纤准直器通过支架将其固定，每个光纤准直器后接一根单模光纤，每根单模光纤后面连接一个光调制器，各光调制器由单模光纤将其连接到光纤耦合器A，光纤耦合器A后面连接一根多模光纤，利用光纤耦合器A将多根单模光纤和多模光纤进行耦合连接；多模光纤的另一端连接光纤耦合器B，光纤耦合器B后面接多根单模光纤，单模光纤的个数与上述光纤准直器的个数一一对应，每根单模光纤后接一个光解调器， 各路单模光纤经各自的光解调器进行光解调后输出光信号；其中光调制器的调制频率与光解调器的解调频率一一对应。
2.如权利要求I所述的一种利用多模光纤的模分复用同时传输多个信号的系统，其特征在于所述的固体激光器是激光二极管端面泵浦固体激光器。
3.一种利用权利要求I所述系统进行多个信号同时传输的方法，步骤如下1)将模分复用系统连接好，将固体激光器电源打开，将光功率计放置在固体激光器出射口处以检测固体激光器是否正常工作，如有光功率显示，说明固体激光器工作正常；2)将扫描干涉仪置于光功率计和固体激光器之间，利用扫描干涉仪测量出固体激光器发出的激光的激光模谱，之后用光功率计在与固体激光器轴向垂直的平面上检测出不同模式的激光的能量及其在空间中所处的位置；调整各光纤准直器的支架，使得各光纤准直器位于各不同模式的激光的空间位置处，这样既能将接收到各不同模式的激光输入到与各光纤准直器相连接的不同的单模光纤中；3)从光路中移除扫描干涉仪和光功率计，将光调制器的电源打开，各路信号经光调制器调制后分别加载到各不同模式的激光上；4)将光解调器的电源打开，加载信号的各不同模式的激光经单模光纤传输到光纤耦合器A，通过光纤耦合器A耦合到一根多模光纤再进行信号传输，传输到多模光纤的另一端后，再利用光纤耦合器B将这些不同模式的光波分离开来，分别通过解调器进行解调，得到了不同的信号，这样就完成了利用模分复用同时传递多个信号。
全文摘要
一种利用多模光纤的模分复用同时传输多个信号的系统和方法，属光纤通信技术。系统包括固体激光器、光纤准直器等。固体激光器出射光束含多种横模，高低阶模处于不同空间位置，由此可将不同模式的激光分开，分别用光纤准直器接收再用单模光纤引出，将不同的信号调制到不同模式的光上，再将调制好的光信号耦合到一根多模光纤中进行传输，到接收端后，再利用光纤耦合器将不同模式的光分开，分别进行解调，进而得到不同的信号。本发明特点为将不同的模式作为相互独立的信道来传输多路信号，极大的提高了多模光纤的传输能力；本发明用多模光纤具有的数值孔径大、易于连接、配套的器件成本较低，承载容量大等优点，适合短距离的光纤通信。
文档编号H04J14/04GK102916748SQ20121039358
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月16日 优先权日2012年10月16日
发明者常军, 高婷, 王宗良, 朱存光, 李晨, 王强, 刘永宁 申请人:山东大学