一种可重构纤芯模式选择系统和方法

1.本发明属于通信技术领域，具体涉及一种可重构纤芯模式选择系统和方法。


背景技术：

2.近年来，随着骨干网络通信流量的激增，基于单模光纤的传输系统容量以逼近香农极限，难以继续增加。因此，能成倍提升系统容量的空分复用技术应运而生，而基于少模光纤的模分复用技术作为空分复用技术中最重要的分支，已经被深入研究和发展。在单根光纤中建立多个独立空间模式传输并行数据的复用技术称为空分复用(sdm)技术。sdm技术可以分为芯分复用技术与模分复用技术，另外，也可以在光纤中复用多个少模纤芯，进行少模多芯复用。以7芯6模光纤为例，一根7芯6模光纤中包含7根少模纤芯，每个少模纤芯中能够并行传输6个模式，与单芯单模光纤相比，可以实现7
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6＝42倍的传输容量提升。基于少模多芯的光传输系统已经引起了广泛关注和研究兴趣。然而，不可避免的，少模多芯光纤中的高阶模相较于基模的损耗较大，模式耦合强度也较高，因此，基于基模传输的光信号质量较好，而基于高阶模传输的光信号质量较差。
3.在传统的通信系统中，无法随意改变每个模式中所传输的信息，接收端只能同时接受所有模式并从中分离所需要的模式，这对信号的解调质量和传输效率造成了一定的影响。因此，本发明设计一种可重构纤芯的模式选择方法，能够根据需要，任意选择以及改变基模和每个高阶模式所传输的信号，增加系统传输的灵活性，实现模式的选择调度优化。
4.从高锟发明光纤通信以来，制备光纤的技术不断提高，目前已经可以将光纤传输损耗降低到0.2db/km以下，然而光信号在光纤中传播必然会衰减，特别是在长距离大容量的传输系统中，光信号的衰减会变得尤为严重，因此中继放大器是长距离大容量传输系统中的重要组成部分。在纯光放大器出现以前，使用光再生器对光信号进行放大增益，然而再生器的信号比特率和信号格式限制了其发展。用光放大器代替再生器是光纤通信的一个巨大进步，掺铒光纤放大器(edfa)以其优越的性能成为应用最广泛的中继光放大器。edfa具有噪声小、放大带宽较大、增益曲线好、泵浦效率高、工作性能稳定、技术成熟、价格低等优点。
5.随着空分复用技术的发展，单模光纤的edfa已经不能满足传输系统需求，然而，近几年所研制出的适用于模分复系统的少模edfa对不同模式的增益不同，在长距离传输后各个信道的光功率放大不均衡，导致信道间的光功率差距过大，在接收端，某些信号被淹没，某些信号功率过大使得接收机过载，导致传输系统无法正常工作，同时对少模edfa均衡的设计方法较为复杂。因此，在信号放大后需要采用较为简单的方法进行光功率均衡，避免严重的非线性效应产生。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种可重构纤芯模式选择系统和方法，利用空间光调制器(slm)的电光特性，对每个模式进行单独的光强调
制，能够有效均衡放大后的光功率，可解决少模多芯传输系统的资源调度问题，并同时解决edfa放大不均匀的问题，均衡信道中不同模式的功率，提高少模多芯传输系统的传输效率和质量。
7.为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
8.一种可重构纤芯模式选择系统，包括edfa、第一少模多芯光纤、第一光子灯笼、slm、全反射镜、第二光子灯笼和第二少模多芯光纤；
9.edfa将模分复用信号进行放大；
10.第一少模多芯光纤将放大后的信号传输至第一光子灯笼；
11.第一光子灯笼对输入信号进行解复用；
12.slm对解复用的模式，调制每个模式光信号的光强，均衡edfa放大后的光功率差异；
13.全反射镜将均衡后的模式反射到第二光子灯笼指定的模式位置；
14.第二光子灯笼将不同方向的模式复用到第二少模光纤输出。
15.为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
16.上述的第一少模多芯光纤和第二少模多芯光纤包括七根纤芯，呈正六边形分布，相邻纤芯之间的间距相等；
17.每根纤芯包括6种不同的模式；
18.每根纤芯外部都存在一圈空气孔，能够有效减小纤芯之间的串扰，将纤芯中传输的信号束缚在纤芯中；
19.第一少模多芯光纤和第二少模多芯光纤的纤芯间距为微米级。
20.上述的第一光子灯笼和第二光子灯笼是复用型光子灯笼，一端为一根多模光纤，另一端为多根单独单模光纤簇，中间部分为锥形过渡区。
21.上述的slm采用扭曲向列型slm。
22.上述的全反射镜下安装可旋转底座，通过中控电路控制旋转角度，反射从slm出射的光波，耦合入下一个光子灯笼中，完成模式的调控。
23.一种可重构纤芯模式选择方法，包括：
24.步骤1、模分复用信号经过edfa放大后通过第一少模多芯光纤传输，进入第一光子灯笼；
25.步骤2、第一光子灯笼将复用后的模式解复用成独立模式并输出；
26.步骤3、输出后的独立模式进入slm中控制光信号的光强，均衡光强，通过单独控制全反射镜的旋转角度以改变信号的传输方向；
27.步骤4、不同方向的模式入射到第二光子灯笼中，再通过第二光子灯笼复用到第二少模光纤输出，完成模式的调度与均衡。
28.本发明具有以下有益效果：
29.解决少模多芯传输系统的资源调度，模分复用信号通过edfa放大后通过少模多芯光纤传输进入光子灯笼进行解复用，解复用后的模式输入slm调制每个模式光信号的光强，均衡edfa放大后的光功率差异，然后通过全反射镜将均衡后的模式反射到光子灯笼指定的模式位置，即交换模式之间所加载的信号，最后利用光子灯笼复用到少模光纤输出，完成模式的调度与均衡。
30.本发明以少模多芯光纤传输系统为基础，重构纤芯的结构，能够根据需要，任意选择以及改变基模和每个高阶模式所传输的信号，增加系统传输的灵活性，实现模式的选择调度优化；利用slm调制每个模式的光功率，通过简单的方法均衡edfa放大后的光功率，提高传输质量，降低模式误码率。
附图说明
31.图1为本发明可重构纤芯的模式选择系统框图；
32.图2为7芯6模光纤剖面图；
33.图3为复用型光子灯笼示意图；
34.图4为扭曲向列型slm的基本结构示意图；
35.图5为偏振调制示意图；
36.图6为slm改变光信号传输方向示意图。
具体实施方式
37.以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
38.参见图1，一种可重构纤芯模式选择系统，包括edfa、第一少模多芯光纤、第一光子灯笼、slm、全反射镜、第二光子灯笼和第二少模多芯光纤；
39.edfa将模分复用信号进行放大；
40.第一少模多芯光纤将放大后的信号传输至第一光子灯笼；
41.第一光子灯笼对输入信号进行解复用；
42.slm对解复用的模式，调制每个模式光信号的光强，均衡edfa放大后的光功率差异；
43.全反射镜将均衡后的模式反射到第二光子灯笼指定的模式位置；
44.第二光子灯笼将不同方向的模式复用到第二少模光纤输出，实现模式的调度，即交换原光子灯笼中不同模式所承载的信号，同时实现光功率的均衡。
45.实施例中，所述第一少模多芯光纤和第二少模多芯光纤剖面图如图2所示，图中包层内七根纤芯呈正六边形分布，相邻纤芯之间的间距相等；
46.每根纤芯中的六个不同颜色三角形代表六个不同的模式；
47.每根纤芯外部都存在一圈空气孔，能够有效减小纤芯之间的串扰，将纤芯中传输的信号束缚在纤芯中；
48.同时，第一少模多芯光纤和第二少模多芯光纤的纤芯间距非常小，只有微米级，具有非线性低、模式色散低等特点，有利于稳定、紧凑的光纤传输系统的搭建。在少模多芯光纤中，能够传输少量的低阶模式，因此很容易实现传输模式的调控。
49.实施例中，所述第一光子灯笼和第二光子灯笼是复用型光子灯笼，如图3所示，一端为一根多模光纤，另一端为多根单独单模光纤簇，中间部分为锥形过渡区；
50.复用型光子灯笼的基本结构是将单模光纤置入制作好的低折射率细管道中，然后将单模光纤束热拉锥，在锥形过渡区中的单模光纤的包层逐渐与别的单模光纤包层熔合，不断收缩直至形成多模光纤纤芯，最后制作好的细管道则变成了新多模光纤的包层。
51.光信号从单模光纤入射，从少模光纤输出，这个过程中，光子灯笼完成了基模到高
阶模的模式转换。反过来，将一个少模光纤以绝热拉锥的方式分离成多个单模光纤，少模光纤中的高阶模式也会以无损方式进入到被拉锥后形成的单模光纤中的基模，这个过程中，光子灯笼完成了高阶模到基模的模式转换。光子灯笼模块的主要作用是将模分复用的模式复用/解复用。
52.实施例中，所述slm采用扭曲向列型slm，其基本结构如图4所示，slm能够对光波的振幅参量进行实时调控，其振幅调制特性主要是利用液晶的旋光效应。
53.如图5所示，液晶盒的起偏器与检偏器的偏振方向相互垂直，当液晶盒两端不加电压时，与起偏器偏振态相同的光信号才能进入液晶盒，进入液晶盒后，其偏振态随着液晶分子的扭向不断变化，输出液晶盒时与检偏器的偏振方向一致，可以透过检偏器完全射出，此使slm的透过率最大，出射光强最强。当在液晶盒两端施加电压时，液晶的扭向随着所加电场的方向发生一定的变化，此时透过起偏器进入液晶盒的光波的偏振方向也随着液晶盒中液晶的扭向发生变化，射出液晶盒时的偏振方向与检偏器不再平行，则从检偏器出射的光强发生了衰减。当液晶盒上所加电压足够大是的液晶分子扭向发生了90
°
的旋转，此使从液晶盒出射的光波的偏振方向与检偏器垂直，因此不能通过检偏器，出射光强最弱。通过改变液晶上施加的电压，改变光束偏振态，即对光波进行衰减，实现对光波的衰减。
54.实施例中，如图6所示，所述全反射镜下安装可旋转底座，通过中控电路控制旋转角度，反射从slm出射的光波，耦合入下一个光子灯笼中，完成模式的调控。
55.一种可重构纤芯模式选择方法，包括：
56.步骤1、模分复用信号经过edfa放大后通过第一少模多芯光纤传输，进入第一光子灯笼；
57.步骤2、第一光子灯笼将复用后的模式解复用成独立模式并输出；
58.步骤3、输出后的独立模式进入slm中控制光信号的光强，均衡光强，通过单独控制全反射镜的旋转角度以改变信号的传输方向，即通过全反射镜将均衡后的模式反射到光子灯笼指定的模式位置，交换模式之间所加载的信号；
59.步骤4、不同方向的模式入射到第二光子灯笼中，再通过第二光子灯笼复用到第二少模光纤输出，完成模式的调度与均衡。
60.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。