CN102484536B - 光通信系统的横模复用 - Google Patents

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Abstract

一种具有经由多径光纤而光学耦合的光发射器和光接收器的光通信系统。光发射器通过将每个独立调制的分量耦合到该多径光纤的相应的单个横模，来向该多径光纤中发射具有多个独立调制的分量的光横模复用(TMM)信号。该TMM信号在被该光接收器接收之前，在该多径光纤中经历模间混合。该光接收器处理接收的TMM信号以对模间混合的影响进行逆转并且恢复由该独立调制的分量中的每个分量所携带的数据。

Description

光通信系统的横模复用
相关申请的交叉引用
本申请的主题涉及与本申请同日由R.-J.Essiambre、R.Ryf和P.Winzer递交的、代理人案号为805512-US-NP、标题为“Receiver forOptical Transverse-Mode-Multiplexed Signals”、申请号为No.12/492,391的美国专利申请，以引用的方式将该申请整体并入本文中。
技术领域
本发明涉及光通信设备，并且更具体地而非排他性地涉及在光通信系统中支持横模复用(transverse-mode multiplexing，TMM)的设备。
背景技术
本部分介绍可能有助于更好的理解本发明的方案。因此，应该在这个意义上来阅读本部分的描述，而不应该将本部分的描述理解为承认什么是现有技术或者什么不是现有技术。
具有多输入多输出(MIMO)能力的无线通信系统通过利用(而不是尝试消除)无线信道中的多径延迟来提高总传输容量。更具体而言，无线MIMO通过在发射器和接收器处使用多个天线来提高效率和可靠性。所产生的平均吞吐量的提高是以信号处理和硬件实现的复杂度更大为代价的而不是以附加的频谱带宽或更高的信号功率为代价的。
在光通信系统中，MIMO方法来增加传输容量是可行的，例如因为在多模光纤中的模式色散与无线传输介质中的多径延迟相类似。因此，可以调节光MIMO以利用多模光纤固有的高传输容量。然而，用于实现光MIMO的硬件尚未得到足够的开发。
发明内容
本文公开了具有经由多径光纤光学耦合的光发射器和光接收器的光通信系统的各种实施方式。光发射器通过将每个独立调制的分量选择性地耦合到多径光纤的相应的单个横模，向该多径光纤发射具有多个独立调制的分量的光横模复用(TMM)信号。该TMM信号在被该光接收器接收之前，在该多径光纤中经历模间混合。该光接收器处理接收到的TMM信号以对模间混合的影响进行逆转并且恢复由该独立调制的分量中的每个分量所携带的数据。
根据一个实施方式，提供了一种光通信系统，其具有：(A)支持多个横模的多径光纤，以及(B)光发射器，其耦合到该多径光纤的第一端并且被配置为发射具有N个独立调制的分量的光TMM信号，使得在该第一端该N个独立调制的分量中的每个分量对应于该多径光纤的相应的单个横模，其中N是大于1的整数。该光通信系统还具有光接收器，其耦合到多径光纤的第二端并且被配置为处理通过该多径光纤接收的该TMM信号以恢复由该N个独立调制的分量中的每个分量携带的数据。
根据另一个实施方式，提供了一种光发射器，其具有：(A)第一多个光纤；以及(B)布置在该第一多个光纤与多模光纤之间的光模耦合(OMC)模块。该多模光纤支持多个横模。该OMC模块处理从该第一多个光纤接收的光信号，以向该多模光纤中发射基于所接收到的光信号的光TMM信号。对于该第一多个光纤中的每个光纤，该OMC模块对从该光纤接收的相应光信号进行滤波，使得所得到的该TMM信号的光分量在该多模光纤的最近的末端对应于该多模光纤的相应的单个横模。
根据另一个实施方式，提供了一种用于生成光TMM信号的方法。该方法具有以下步骤：(A)将光束分为N个子光束，其中N是大于1的整数；(B)用数据调制该N个子光束中的每个子光束以产生N个独立调制的光信号；并且(C)在多径光纤的最近的末端，将该N个独立调制的光信号耦合到该多径光纤中，以产生该TMM信号的N个独立调制的分量。该多径光纤支持多个横模。该N个独立调制的光信号中的每个光信号耦合到该多径光纤中，使得所得到的该TMM信号的独立调制的分量在该多径光纤的最近的末端对应于该多径光纤的相应的单个横模。
附图说明
本专利或申请文件包括至少一个彩色附图。将由官方基于请求以及必要的费用支付来提供本专利或专利申请的具有彩色附图的副本。
通过例如下文的详细描述以及附图，本发明的各种实施方式的其他方案、特征和益处将更充分的显现，其中：
图1显示了可以在其中实施本发明的各种实施方式的光通信系统的框图；
图2A-H显示了根据本发明的各种实施方式可以在图1的系统中使用的光纤的横截面图；
图3A-B图示了根据本发明的一个实施方式可以在图1中所示的系统的节点中使用的光发射器；
图4A-B图示了根据本发明的一个实施方式可以在图3的发射器中使用的光模耦合(OMC)模块；
图5显示了根据本发明的另一个实施方式可以在图3的发射器中使用的OMC模块的框图；
图6显示了根据本发明的另一个实施方式可以在图3的发射器中使用的OMC模块的框图；
图7显示了根据本发明的另一个实施方式可以在图1中所示的系统的节点中使用的光发射器的框图；
图8显示了根据本发明的另一个实施方式可以在图1中所示的系统的节点中使用的光发射器的框图；
图9显示了根据本发明的另一个实施方式可以在图1中所示的系统的节点中使用的光接收器的框图；
图10A-B显示了根据本发明的一个实施方式可以在图9中所示的光接收器中使用的抽头模块和相干检测器；
图11显示了根据本发明的另一个实施方式可以在图9中所示的光接收器中使用的抽头模块；并且
图12显示了根据本发明的另一个实施方式可以在图1中所示的系统的节点中使用的光接收器的框图。
具体实施方式
光通信系统
图1显示了可以在其中实施本发明的各种实施方式的光通信系统100的框图。系统100具有经由光通信链路120的网络互连的多个通信节点110。系统100还具有光分插复用器(ADM)130、光放大器140以及光交叉连接器150，它们全都各自不同地置于节点110之间。
每个节点110具有通过使用横模复用(TMM)来实现的光多输入多输出(MIMO)能力。节点110通常包括光发射器和光接收器(在图1中都没有明确显示)，以实现系统100的各种节点之间的双向通信。除了TMM复用之外，每个节点110也可以使用波分复用(WDM)和/或偏振复用(PM)或它们两者。以下在本说明书的相应的子部分中更详细地描述了可以在每个节点110中使用的光发射器和接收器的代表性的实施方式。
使用以下之中的一个或多个来实现每一个光通信链路120：(i)单模光纤；(ii)多模光纤；(iii)多芯光纤；以及(iv)单模光纤束。在一个实施方式中，在链路120中使用的多模光纤支持2到大约100个横模。在可选择的实施方式中，多模光纤支持多于100个横模。在一个实施方式中，在链路120中使用的多芯光纤中的每个芯支持单个横模。在可选择的实施方式中，多芯光纤的一些或所有芯支持多个横模以及作为整体而言支持多芯光纤的超模。
如本文所使用的，术语“横模”是指在与传播方向垂直(即横向)的平面中，具有与传播距离基本上无关的电场或磁场分布(下文中称为光场分布)的电磁导波。更具体而言，如果得出光纤中的光功率的损失或增益因子，那么该模式在沿光纤的两个不同位置处所测量的光场分布仅相差一个反映那两个位置之间由该模式产生的总相位改变的因子。每个横模是光纤的本征模，并且不同的横模相互正交。通常而言，光纤可以支持固定数量的横模，这些横模的光场分布和传播常数是由波导结构、材料特性和光频率(波长)明确确定的。应注意，横模的概念可应用于各种类型的光纤，包括多芯光纤。例如，在多芯光纤中单个芯的横模也是该多芯光纤作为整体而言的横模。
在一个实施方式中，光分插复用器130是可重配置的分插复用器。由于链路120的典型的特征在于具有相对高度的模间混合，所以节点110通常需要接收具有相同的光频率(波长)的所有横模以正确地处理TMM信号并且恢复由该信号携带的数据。因此，复用器130被设计为(i)从输入链路120分出具有相同的光频率的所有横模和/或(ii)向输出链路120插入具有相同的光频率的所有填充的横模。换句话说，复用器130实现常规的WDM分插功能，并且作为整体作用于每个具体波长的TMM复用。
为了支持希望的功能，复用器130使用对所有横模具有基本上相同的传输特性的窄带交织型滤光器。另外复用器130具有相对低水平的WDM串扰(即WDM复用的不同光频率之间的串扰)。可以通过例如以下方式来实现后一种特性：(i)在模耦合模块之前在单模区域中执行必要的光滤波(例如见图8)；(ii)使用正弦型波形成形；和/或(iii)使用正交频分复用(OFDM)。
如果系统100在链路120中使用多芯光纤，那么复用器130可以被设计为将所选的芯集合(可以是多芯光纤的所有芯或其任意子集)看作一个整体，从而同时向整个集合插入波长信道和/或从该集合分出波长信道。如果链路120在不同的芯之间具有相对低水平的串扰，那么复用器130可以被设计为分别向各个芯插入通信信号和/或分别从各个芯分出通信信号，同时将芯间串扰看作噪声/损害。
在各种实施方式中，光放大器140可以是集总放大器或分布式放大器。通常而言，系统100可以被设计为在两个通信节点110之间的整个链路上保持模式混合矩阵的酉特性。因此，光放大器140被设计为对于链路120的所有横模呈现基本上相同的增益。
在一个实施方式中，光放大器140是相对长的光纤放大器(例如长于大约100米)，其具有(i)多个活动段以及(ii)置于活动段之间的多个搅模器。每个活动段提供适度的增益(例如大约1dB到大约5dB之间)。搅模器(又名为模式混合器)是在不同的横模之间引起相对大的模耦合的光学设备。理想而言，搅模器在输出端生成统计上均匀的模式混合，该模式混合与搅模器在输入端接收的模式分布基本无关。本领域的熟练技术人员将认识到每个活动段中的适度增益与相对频繁的模式加扰的结合确保了提供给放大器140的所有横模经历基本上相同的放大量。
在一个实施方式中，光交叉连接器150可被重配置为实现光信号在不同的节点110之间的希望的路由。如以上所述，为了对TMM复用的单独的独立调制后的分量进行正确解码，节点110通常需要接收整个TMM复用。因此，交叉连接器150被设计为作为整体作用于与每个波长相对应的TMM复用上，同时执行其WDM路由功能。本领域的熟练技术人员将认识到通常可以用多个与复用器130相同的组件来实现交叉连接器150。
在图1中系统100被示意性地显示为具有4个节点110、一个光分插复用器130、一个光放大器140以及一个光交叉连接器150。本领域的熟练技术人员将认识到在其他实施方式中，系统100可以具有不同数量的节点110、光分插复用器130、光放大器140和/或光交叉连接器150。本领域的熟练技术人员还将认识到通常可以用与图1所示的方式不同的方式来排列和互连这些元件。
光纤
图2A-H(未按比例)显示了根据本发明的各种实施方式可以在系统100中使用的光纤的横截面图。更具体而言，可以在节点110、光通信链路120、光分插复用器130、光放大器140和/或光交叉连接器150中使用图2A-H中所示的各种光纤。
图2A显示了单模光纤210的横截面图。光纤210具有包层212和芯216。芯216的直径相对小，这使得光纤210对于系统100中所使用的波长范围内的每个波长支持单个横模。
图2B显示了多模光纤220的横截面图。光纤220具有包层222和芯226。光纤220与光纤210的不同之处在于芯226的直径比芯216大。在各种实施方式中，芯226的直径被选择为使得光纤220能够支持从2到大约100之间的范围内所选择的希望数量的横模。
图2C显示了多模光纤230的横截面图。光纤230具有包层232和芯236。芯236的直径比芯226更大，这使得光纤230能够支持多于100个横模。
图2D显示了多芯光纤240的横截面图。光纤240具有第一(外)包层242和第二(内)包层244。光纤240还具有被封闭在内包层244之中的多个芯246。每个芯246的直径可以被选择为使得该芯支持单个横模或者多个横模。
在一个实施方式中，光纤240被设计为用于光放大器140中。更具体而言，内包层244和/或芯246被掺杂(例如掺杂铒离子)以提供光活性介质。放大器140的光泵(在图1中未明确显示)向内包层244中注入光泵波，由于内包层244与外包层242的折射率不同，所以内包层244能够沿着光纤240的纵轴方向引导那些光泵波。所引导的光泵波从内包层244耦合到各个芯246，从而提供用于对通过芯来引导的光信号进行放大的能量源。内包层244具有使该包层能够作为光泵波的多模芯的直径，这确保泵浦能量基本上均匀地分布在芯246之间。
图2E显示了多芯光纤250的横截面图。光纤250具有包层252和多个芯256。芯256分布在包层252之中，使得芯之间存在相对大的间隔。由于该相对大的间隔，所以在光纤250中的芯间串扰的量相对较小，这使得各个芯256能够作为光通信信号的单独并且独立的导体。在各种实施方式中，每个单独的芯256可以被设计为支持单个横模或多个横模。
图2F显示了多芯光纤260的横截面图。光纤260具有包层262和多个芯266。芯266分布在包层262之中，使得芯之间的间隔：(i)足够小以在芯之间产生适度量的线性耦合并且(ii)又足够大以在芯之间产生相对少量的非线性耦合。如果每个芯266支持相应的单个横模，那么可以使用光纤260的这些特性来为该光纤整体创建相对少量的明确定义并且空间上间隔的横模。
图2G显示了多芯光纤270的横截面图。光纤270具有包层272、第一多个芯276以及第二多个芯278。芯276的直径比芯278小。光纤270中的各个芯之间的间隔与光纤260(图2F)中使用的间隔相似。
在光纤270中具有两种不同类型的芯的一个原因是为了创建具有不同的传播常数的两种类型的横模。传播常数的不匹配产生群速度差，群速度差通常有益于降低光纤非线性的不利影响。例如，当不同WDM信道的群速度不匹配程度相对大时，来自不同WDM信道的信号的交叉相位调制的不利影响可以显著降低。在一个实施方式中，芯276和278遍及包层272分布以实现相同类型的芯之间的最大空间间隔。
图2H显示了多芯光纤280的横截面图。光纤280具有包层282、第一多个芯286以及第二多个芯288。虽然芯286与芯288具有相同的直径，但是它们由具有不同折射率的材料制成。折射率不同使得芯286与芯288具有不同的传播常数，这使得光纤280能够通过与光纤270(图2G)中起作用的机制本质上类似的机制来降低光纤非线性的不利影响。
本领域的熟练技术人员将理解除了图2A-H中显示的光纤之外，其他类型的光纤也是可能的。例如，可以制造由两种或更多种不同材料组成的具有两个或更多个不同尺寸的芯的多芯光纤，以实现图2G和图2H两者中显示的特征。
在系统100的一个实施方式中，例如使用图2中所示的其中一种光纤来实现链路120，使得所有相关横模具有近似相同的传播速度以及非常相似的色散(CD)特性。更具体而言，可以使用b-v图来分析不同的横模的色散特性，其中b是归一化传播常数，v是归一化光频率。可以在例如1971年的Applied Optics的第10卷第10号第2252-2258页中由D.Gloge发表的标题为“Weakly Guiding Fibers”的文章中找到代表性的b-v图以及参数b和v的解释，通过引用的方式将该文章整体并入本文。简而言之，对于给定的工作频率v0，模色散曲线的斜率对应于该模式的群速度并且该色散曲线的曲率对应于该模式的色散。
为了正确地对与链路120相对应的模式混合矩阵进行反变换，在节点110中使用的接收器可能需要具有相对大的容量的滤波器/缓冲器，例如足以覆盖等于(i)由链路120中的色散效应所引起的最大扩展与(ii)在该链路中由不同模式所形成的最大差分模式延迟(DMD)之和的时间深度。理想而言，对于相同的非线性，有人想在单模光纤中得到某个数量的CD，而有人可能想在每个横模上获得某个数量的CD。那么，将链路120配置为使得所有相关横模具有近似相同的传播速度和类似的CD特性，有助于避免过大的数字处理深度。作为反例，让我们假设10G波特系统(例如每个模式100G)。对于20ps/(km nm)的模内CD以及长度大约为2000km的链路，接收器可能需要近似60个自适应T间隔滤波器抽头。如果差分延迟大约为10％，那么DMD可以近似为1ms那么大，而优选小得多的处理深度。
如本文所使用的，术语“多径光纤”包括多模光纤(例如图2B-C的光纤220和光纤230)和多芯光纤(例如图2D-H的光纤240-280)两者。
光发射器
图3A-B图示了根据本发明的一个实施方式可以在节点110(图1)中使用的光发射器300。更具体而言，图3A显示了发射器300的框图。图3B用图形示出了发射器300中使用的光模耦合(OMC)模块340的操作。
图3A图示性地显示了经由输出光纤350耦合到通信链路120的发射器300。光纤350大体上与通信链路120的紧邻部分中使用的光纤具有相同的类型。如上文所解释的，可以使用任意合适类型的光纤(如图2中所示的那些光纤)来实现通信链路120。下文的描述是示例性的并且对应于输出光纤350与光纤220(见图2B)类似的实施方式。基于该描述，本领域的熟练技术人员能够想到如何设计适用于将光通信信号耦合到其他类型的光纤中的发射器300的其他实施方式。
发射器300具有被配置为生成指定波长的输出光束的激光器310。光分束器320将激光器310生成的光束分成N路，并且将得到的N个光束耦合到N个单模光纤322中，其中N是大于1的整数。每个光纤322将其相应的光束引导到对应的光调制器330，在光调制器330处用经由控制信号328提供给该调制器的数据来调制该光束。应该注意到，不同的调制器330或合适的调制器配置可以使用从控制信号328得出的不同的独立的或相关的数据流来调制其相应的光束。在代表性的配置中，每个调制器330基于要从发射器300传输到远程接收器的对应的独立数据流来调制其光束。由调制器330产生的已调光信号最终作为由OMC模块340提供给光纤350的TMM信号的独立调制的分量。
在可选择的实施方式中，可以将激光器310直接耦合到调制器330或不通过光纤而通过自由空间耦合到调制器。
OMC模块340的一个功能在于将经由N个单模光纤332接收的N个已调光信号耦合到光纤350中。更具体而言，OMC模块340接收的每个已调光信号基本上耦合到光纤350的单个所选横模，其中不同的已调光信号耦合到不同的横模。如本文所使用的，“将信号基本上耦合到单个横模”的表述可以具有两种可能的但不互斥的含义。根据第一种含义，该表述是指信号总能量的至少大约50％(并且有可能大于大约80％或90％)耦合到一个所选横模。根据第二种含义，该表述是指对于信号总能量中耦合到多模光纤的信号的那部分，该部分的至少大约50％(并且有可能大于大约80％或90％)进入一个所选横模，而该部分的其余部分进入其他横模。当一个单独的光信号(例如由OMC模块340)在多模光纤(例如光纤350)的最近的末端基本上耦合到该光纤的单个横模中、并且从而被转换成发射到多模光纤中的TMM信号的光分量时，则称该TMM信号的该光分量“在该多模光纤的最近的末端对应于该多模光纤的单个横模”。
在发射器300的一个实施方式中，将数量N选择为与光纤350支持的横模的总数相等。换句话说，发射器300的该实施方式使用一种能够用分别独立调制的光信号来填充多模光纤350的每个横模的OMC模块340。
图3B用图形描绘了由OMC模块340执行的光束成形。更具体而言，图3B的不同画面显示了可以由OMC模块340在光纤350的末端348产生的各种相位/场强(PFS)图样，其中不同的画面对应于OMC模块的不同光信道。在图3B中使用彩色方案来表示每个PFS图样，其中：(i)色彩饱和度表示光场强度并且(ii)色彩本身表示光场的相位。例如，淡红色对应于比暗红色更低的光场强度。从蓝色到红色的类彩虹的色彩改变表示相位从-π到+π的连续改变。
对于OMC模块340的每个光信道，由该信道在光纤350的末端348产生的PFS图样与分配给该信道的横模的PFS图样基本上匹配。本领域的熟练技术人员将理解以上所示的模耦合损失可能是由这些PFS图样之间不匹配引起的。与模耦合损失相对应的光能量可能被寄生耦合到光纤350的其他横模和/或被光纤完全拒绝。
如本文所使用的，术语“基本上匹配”表示由光信道生成的PFS图样与对应的横模的PFS图样之间的差异相对小并且满足两个可能的但不互斥的标准中的至少一个标准。根据第一个标准，该差异非常小以使得：由光信道生成的PFS图样的总能量的至少大约50％(并且有可能大于大约80％或90％)耦合到对应的横模。根据第二个标准，该差异非常小以使得：对于由光信道生成的PFS图样的总能量中耦合到多模光纤的那部分，该部分的至少大约50％(并且有可能大于大约80％或90％)进入对应的横模，而该部分的其余部分进入其他横模。
使用下文的记号来标记与图3B的不同PFS图样相对应的不同横模。字母“LP”代表“线性偏振的”。该标记中紧接着“LP”的数字按照指定的次序给出两个量化参数的值。对于每个横模，第一量化参数给出每个绕着光纤轴的方向角旋转的、大小为2π的相位增量的数量，第二量化参数给出在光纤半径上大小为π的相位增量的数量。例如，标为LP01的横模具有(i)0个方向角相位增量以及(ii)1个径向相位增量。类似地，标为LP32的横模具有(i)3个方向角相位增量以及(ii)2个径向相位增量。
如果OMC模块340具有8个光信道，那么可以使用以下代表性的模式配置：(Ch.1)-LP01、(Ch.2)-LP11、(Ch.3)-LP21、(Ch.4)-LP02、(Ch.5)-LP31、(Ch.6)-LP12、(Ch.7)-LP41以及(Ch.8)-LP22。本领域的熟练技术人员将理解，在不脱离本发明的范围和原理的情况下，可以类似地使用其他模式配置，根据这些其他模式配置OMC模块340的每个光信道被配置为产生与光纤350的所分配的横模的PFS图样基本上匹配的PFS图样。
本领域的熟练技术人员将理解图3B对应于一个可能的横模基本集合，并且可以类似地使用其中每个集合包含多个相互正交的横模的其他基本集合来实现OMC模块340。
图4A-B图示了根据本发明的一个实施方式可以作为OMC模块340(图3)来使用的OMC模块400。更具体而言，图4A显示了OMC模块400的框图。图4B显示了可以在OMC模块400中使用的相位模板(phase mask)420。
OMC模块400具有两个光信道，并且就其本身而言将OMC模块400显示为耦合到两个输入光纤332(也见图3A)。本领域的熟练技术人员将理解，可以直接修改OMC模块400以具有3个或更多个光信道。更具体而言，可以通过增加与用于形成OMC模块400中的信道2的光元件类似的一组光元件来创建新的光信道。
OMC模块400具有两个透镜410，每个透镜410准直通过相应的光纤332提供给该OMC模块的相应的发散光束。得到的每个准直光束通过相应的相位模板420传递，以产生对应的相位滤波光束422。多个镜子430然后在空间上叠加两个相位滤波光束422并且将得到的“叠加”光束432引导到光纤350。应注意到镜子4304是部分透明的镜子，而镜子4301-4303是常规的不透明的镜子。使用两个透镜442和446以及孔径444来压缩(即减小尺寸)光束432并且对其进行空间滤波，以产生输出光束452，其中输出光束452射到光纤350的末端348并且产生图3B中所示的PFS图样的期望的叠加。
取决于分配给OMC模块400的两个光信道的横模，从例如图4B中所示的相位模板的分类中恰当地选择相位模板4201和4202。例如，如果OMC模块400的特定光信道分配了光纤350的LP11模式，那么使用图4B中标记为LP11的相位模板作为该光信道中的相位模板420。类似地，如果OMC模块400的特定光信道分配了光纤350的LP21模式，那么使用图4B中标记为LP21的相位模板作为该光信道中的相位模板420，诸如此类。由相位模板420施加的相位滤波和由孔径444施加的空间滤波的组合效应在于该光信道在光纤350的末端348产生了图3B中所示的PFS图样中的一个期望的PFS图样，从而将来自该光信道的光信号有效地耦合到光纤的对应的横模。
应注意到图4B中所示的一些相位模板是二进制相位模板(即只能够在本地施加两个可能的相位偏移中的一个相位偏移，例如0或π中的任意一个，的相位模板)。具体而言，对应于LP01、LP02和LP03的相位模板是二进制相位模板。图4B中所示的其余相位模板是“模拟”相位模板，因为该相位模板的不同部分能够施加从连续的相位偏移范围内选择的相位偏移。在图4B中使用彩色方案来显示模拟相位模板，其中：(i)不同的色彩表示在连续的2π间隔内的不同的相位偏移并且(ii)同一色彩的不同的色带可以表示彼此相差2π的整数倍的相位偏移。
在一个实施方式中，OMC模块400可以使用一个相对大的连续相位模板来代替两个独立的相位模板4201和4202。下文中被称为“多节相位模板”的这种相对大的连续相位模板在其不同的节(部分)中可以包括图4B中的两个或更多个相位模板。该多节相位模板的这些节被配置为使得一个节作为相位模板4201而另一个节作为相位模板4202。
图5显示了根据本发明的另一个实施方式可以用作OMC模块340(图3)的OMC模块500的框图。OMC模块500大体上类似于OMC模块400(图4)，并且使用许多相同的元件，例如透镜410、442和446，镜子430和孔径444。在这里不重复对这些元件的描述。下文对于OMC模块500的描述改为关注OMC模块400与OMC模块500之间的差异。
OMC模块400与OMC模块500之间的一个差异在于OMC模块500使用空间光调制器(SLM)520而不是相位模板420。在一个实施方式中，SLM 520是硅上液晶(LCOS)SLM。在例如2005年的Wiley，Chichester(英国)第11章第257-275页由M.G.Robinson，J.Chen，G.D.Sharp所著的“Polarization Engineering for LCDProjection”中描述了可以用作SLM 520的代表性的LCOS SLM，以参考的方式将此文的教导整体并入本申请。在专利号为7,268,852、6,940,577和6,797,983的美国专利中也披露了可以调整以用作SLM520的LCOS SLM，以参考的方式将它们全部整体并入本申请。可以用作SLM 520的合适的LCOS SLM由JVC公司制造并且作为JVC投影仪模型DLA-HD2K的一部分而在商业上可获得。
SLM 520具有两个区域5241和5242，区域5241和5242被配置为分别对OMC模块500的信道1和信道2执行需要的相位滤波。更具体而言，区域5241被配置为显示产生与相位模板4201的相位滤波(见图4A)类似的相位滤波的空间调制图样。类似地，区域5242被配置为显示产生与相位模板4202的相位滤波(也见图4A)类似的相位滤波的空间调制图样。
由于SLM 520是可重配置的设备，所以其可以用于动态改变或调整在其各个区域(如区域5241和区域5242)中所显示的图样。该特征可用于例如对于OMC模块500的不同光信道实现横模分配的相对容易的改变，和/或用于在可能导致多模光纤350的相关特性的相应改变的变化的操作条件下，对于OMC模块500的不同光信道维持最佳光耦合。
OMC模块500使用两个偏振光分束器528来将由透镜410产生的准直光束恰当地引导到SLM 520并且将由该SLM产生的相位滤波光束恰当地引导到镜子430。在一个实施方式中，可以在偏振光分束器528与SLM 520之间插入四分之一波片(图5中未明确显示)，以恰当地旋转穿过该波片传输的光束的偏振，从而使得该偏振光分束器将准直光束引导到该SLM，而将相位滤波的光束引导到镜子430。在可选择的实施方式中，SLM 520可以被设计为旋转反射光的偏振，以使得偏振光分束器528能够完成相同的光束路由。
在一个实施方式中，可以使用OMC模块500来产生也被偏振复用的TMM信号。具体而言，如果SLM 520本身对偏振相当敏感，那么可以使用同一SLM来处理用于偏振复用的两个偏振。
图6显示了根据本发明的又另一个实施方式可以用作OMC模块340(图3)的OMC模块600的框图。OMC模块600大体上功能类似于OMC模块400和500(图4和图5)。但是OMC模块600与OMC模块400和500的区别在于OMC模块600使用通常可以视为三维相位模板的体全息620。应注意到与体全息620不同，相位模板420和SLM 520通常可以视为薄膜或二维相位模板。
在OMC模块600中，体全息620至少执行两个不同的功能。这些功能中的第一个功能是与OMC模块400中的相位模板420和OMC模块500中的SLM 520的相位滤波功能类似的相位滤波功能。这些功能中的第二个功能是与镜子430的光束组合功能类似的光束组合功能。体全息620能够对从光纤332接收的不同的光信号应用所需要的不同的相位滤波，因为对应的光束横穿该体全息的不同的子体。同样由于该原因，体全息620能够将不同的光信号的传播方向改变不同的量。体全息是本领域已知的并且在例如专利号为7,416,818、7,323,275和6,909,528的美国专利中对此进行了更详细的描述，以参考的方式将它们全部整体并入本申请。
OMC模块600图示性地显示为具有3个光信道。本领域的熟练技术人员将理解可以将OMC模块600直接改变为具有不同数量的光信道。
图7显示了根据本发明的另一个实施方式可以在节点110(图1)中使用的光发射器700的框图。类似于发射器300(图3)，发射器700具有将独立调制的光信号选择性地耦合到输出光纤(即光纤750)的相应的横模的能力。然而，通过在发射器700的调制和偏振复用(MPM)模块712中使用偏振光分束器714和偏振合束器734，发射器700另外具有偏振复用(PM)能力。将发射器700图示性地显示为每个偏振具有3个光信道。本领域的熟练技术人员将理解可以将发射器700直接改变为每个偏振具有不同数量的光信道(例如两个或多于3个)。
发射器具有被配置为生成指定波长的输出光束的激光器710。激光器710向MPM模块712进行馈送，在MPM模块712中偏振光分束器714将由该激光器生成的光束分为偏振相互正交的光束7161和7162。MPM模块712还具有两个功率分束器720，每个功率分束器720将从偏振光分束器714接收的相应偏振光束分为三路，并且将得到的三路光束耦合到3个单模光纤722中。每个光纤722将其对应的光束引导到对应的光调制器730，在光调制器730中使用经由控制信号728提供给调制器的数据来调制该光束。将由调制器730产生的已调制光信号耦合到单模光纤732中并且将其引导到对应的偏振合束器734。每个偏振合束器734将接收到的两个正交偏振信号组合成对应的PM信号，并且随后经由相应的单模光纤736将该PM信号引导到OMC模块740。
在可选择的实施方式中，除了图7中所示的至少一些光纤耦合之外，发射器700还可以改为或另外使用直接光耦合或通过自由空间的光耦合。
发射器700的OMC模块740大体上类似于发射器300的OMC模块340(图3)，并且用来将接收到的三个PM信号正确地耦合到光纤750中。更具体而言，将由OMC模块740接收的每个PM信号耦合到光纤750的所选横模，其中将不同的PM信号耦合到不同的横模。对于单个PM信号(其具有两个正交偏振分量)，其每个偏振分量在OMC模块740中受到基本上相同的相位滤波。在各种实施方式中，可以将OMC模块740实现为与OMC模块400、500和600(见图4-6)类似。然而，在设计OMC模块740时，要特别注意其偏振处理特性，以使得所述OMC模块能够对偏振基本上不敏感。
图8显示了根据本发明的另一个实施方式可以在节点110(图1)中使用的光发射器800的框图。类似于发射器300和700(见图3和7)的每一个，发射器800具有将光通信信号选择性地耦合到输出光纤(即光纤850)的各个横模的能力。类似于发射器700，发射器800具有通过使用3个MPM模块812而实现的偏振复用能力，其中每个MPM模块812类似于MPM模块712(见图7)。然而，发射器800另外具有WDM能力。因此，发射器800使用三种不同类型的复用：横模复用(TMM)、偏振复用(PM)以及波分复用(WDM)。
发射器800具有3个TMM信道、3个WDM信道以及2个PM信道，这使得该发射器能够生成具有高达18个(每个受激横模有高达6个)独立调制的光通信信号的TMM信号。本领域的熟练技术人员将理解可以将发射器800相对直接地修改为能够生成不同数量的独立调制的分量并且以任意所需的方式将它们耦合到光纤850的所选横模。
发射器800的每个WDM信道具有各自的激光器810，激光器810生成指定的波长并且将其应用于相应的MPM模块812。MPM模块812的3个输出被施加到滤光器(OF)818，滤光器818执行相对紧的带通滤波，以降低与不同WDM信道相对应的光信号之间的串扰。在复用器826中对滤波后的信号进行WDM复用，并且将得到的WDM信号经由单模光纤或集成光纤836引导到OMC模块840。
发射器800的OMC模块840大体上类似于发射器300的OMC模块340(图3)并且用来将接收到的3个WDM信号正确地耦合到光纤850中。更具体而言，将由OMC模块840接收的每个WDM信号耦合到光纤850的所选横模，其中将不同的WDM信号耦合到不同的横模。虽然与多模光纤的横模相对应的PFS图样取决于波长，但是在WDM系统中使用的典型光谱带相对较窄，这在实践中使得能够对所有WDM信道使用相同的相位模板。例如，以大约1550nm为中心并且具有大约100nm的总宽度的光谱带在整个光谱带上载波频率仅变化大约6％。由于该相对小的变化，为位于该光谱带的中点附近的波长所设计的相位模板将在该带中的全部波长上都足够有效。因此，在各种实施方式中，可以将OMC模块840实现为与OMC模块400、500和600(见图4-6)类似。
光接收器
在本领域中已知多径光纤的横模随着它们沿该光纤的长度传播而经历模间混合。通常，模间混合的影响在多模光纤中更大。然而，具有相对紧密间隔的芯的多芯光纤可能也展现相对强的模间混合(例如芯间串扰)。结果，即使在多径光纤的前端将通信信号耦合到具体的单个横模，其他横模也将在该光纤的远端受到该通信信号的影响。因此，在接收器处需要执行相当大量的信号处理，以便完全恢复由TMM信号的不同的独立调制分量所携带的数据。通常，为了对TMM信号的N个独立调制的分量进行解码，接收器需要获得该信号的至少N个独立的采样。对这些采样施加的信号处理通常基于旨在对该多径光纤中的模间混合的影响进行逆转的矩阵对角化算法。
图9显示了根据本发明的一个实施方式可以在节点110(图1)中使用的光接收器900的框图。接收器900可以被配置为例如从链路120接收输入TMM信号902。将TMM信号902施加到抽头模块910，抽头模块910产生该TMM信号的K个采样912，其中K是大于1的正整数。通过对应的相干检测器930使用由本地振荡器(LO)源920提供的LO信号922，对每个采样912进行相干检测。将由相干检测器930从采样912生成的检测结果(例如该采样的同相分量I和正交相位分量Q)提供给数字信号处理器(DSP)940。对于每个信号传输间隔(例如比特周期)，DSP 940适当地处理由相干检测器9301-930K生成的检测结果的整个集合，以生成输出数据流942。只要抽头模块910产生足够的TMM信号902的采样，则DSP 940就能够恢复并且经由流942输出最初由远程发射器编码到接收器900作为TMM信号902接收到的TMM信号上的所有数据。
本领域的熟练技术人员将理解DSP 940的一个功能在于对与链路120相对应的模式混合矩阵进行反变换。通常而言，链路条件随时间而改变，从而导致模式混合矩阵通常也以毫秒或更慢的时间量级而改变。在一个实施方式中，DSP 940被配置为自适应地跟随链路条件的改变。例如本领域已知，DSP 940可以使用盲自适应算法来学习链路条件并且适应于它们。可选择地或另外地，耦合到DSP 940的控制器950可能不时地请求远程发射器向接收器900发送训练序列，以便该DSP获得当前的模式混合矩阵。由远程发射器应用于链路120的代表性的训练序列可以具有这样一种TMM信号，在该TMM信号中按照已知的次序顺序地激发不同的横模从而在任意给定时间仅有一个横模受激。在DSP 940中实现的信号处理还可以补偿某些非线性问题，如由自模式和交叉模式光纤非线性所引起的相位偏移。
图10A-B显示了根据本发明的一个实施方式可以在接收器900(图9)中使用的代表性的模块。更具体而言，图10A显示了可以作为抽头模块910使用的抽头模块1010的框图。图10B显示了可以作为相干检测器930使用的相干检测器1030的框图。
参考图10A，抽头模块1010经由多模光纤1002接收TMM信号902。准直透镜1004准直由光纤1002产生的发散光束，并且将得到的准直光束引导到K-1个部分透明的镜子10061-1006K-1和一个末端的不透明镜子1006k。在一个实施方式中，不同的镜子1006的反射率使得从该镜子反射的光束10121-1012k具有近似相同的密度。
参考图10B，检测器1030经由单模光纤1016从LO源920接收LO信号922。准直透镜1018准直由光纤1016产生的发散光束，并且将得到的准直光束引导到相位模板1020。相位模板1020大体上类似于相位模板420(见图4A-B)。更具体而言，相位模板1020产生相位滤波光束1022，光束1022的PFS图样是与多模光纤1002(图10A)的所选横模相对应的PFS图样的放大(加大)版本。如上所示，图4B显示了相位模板的分类，其中每个分类适于用作相位模板1020。当使用检测器1030来实现接收器900中的每个检测器930时，该接收器中的检测器1030的不同实例大体上具有不同的相位模板1020(例如从图4B中所示的分类中选择的不同的相位模板)。在各种实施方式中，可以将这些不同的相位模板1020实现为多节相位模板的不同的节，或者可以使用与SLM 520(图5)类似的SLM的不同部分来实现这些不同的相位模板1020。
将相位滤波光束1022和光束1012(携带TMM采样912，见图9和图10A)提供给2×4光混合器1026，在光混合器1026中相位滤波光束1022和光束1012彼此撞击以产生4个干扰信号10321-10324。将每个干扰信号10321-10324提供给对应的光电检测器(例如光电二极管)1034，光电检测器1034将该干扰信号转换成对应的电信号。光电检测器1034生成的电信号被数字化和引导，以用于DSP 940中的进一步处理。可以用作检测器1030中的混合器1026的2×4光混合器是本领域已知的，在例如(i)公开号为2007/0297806的美国专利申请和(ii)2008年12月18日递交的申请号为12/338,492的美国专利申请中披露了该2×4光混合器的代表性的实例，通过引用的方式将该两个申请整体并入本文。
由等式(1)给出干扰信号10321-10324各自的电场E1-E4：
E 1 E 2 E 3 E 4 = 1 2 E S - E LO - j E S - j E LO - jE S - jE LO e jπ / 2 - E S + E LO e jπ / 2 - - - ( 1 )
其中，ES和ELO分别是光信号1012和1022的电场。应注意到，等式(1)对于光束1032的横截面的每个点都适用。这意味着检测器1030不仅测量光束1012和1022在时间上如何彼此撞击，还测量它们在空间上如何彼此撞击。此外，由于光纤1016的不同的横模的相互正交性，检测器1030的具有不同相位模板1020的不同实例有效地测量与TMM信号902的不同横模相对应的电场。本领域的熟练技术人员将理解，如果K≥N，那么相干检测器930(或1030)生成足够的采样数据，以使得DSP 940能够正确地对与通信链路120相对应的模式混合矩阵进行反变换，并且恢复从远程发射器(例如发射器300)向接收器900通过其传输的TMM信号的独立调制的分量所携带的数据。
图11显示了根据本发明的另一个实施方式可以用作抽头模块910的抽头模块1110的框图。抽头模块1110具有多模光纤1102，抽头模块1110通过多模光纤1102接收TMM信号902。沿光纤1102的长度，抽头模块1110具有K个多模光纤(MMF)耦合器11061-1106k和K-1个搅模器11082-1108K。每个MMF耦合器1106是一种能够将TMM信号902的一部分分出，并且将该部分耦合到对应的单模光纤1110中的光纤抽头。由光纤11101-1110k携带的信号11121-1112k分别作为接收器900中的采样9121-912k。
每个信号1112指示在对应的MMF耦合器1106的位置处存在于多模光纤1102中的横模的线性组合。由于搅模器11082-1108K将MMF耦合器11061-1106k之间的横模混合，所以每个信号11121-1112k指示多模光纤1102中的横模的不同的线性组合。本领域的熟练技术人员将理解，如果K≥N，那么相干检测器930生成足够的采样数据，以使得DSP 940能够正确地对与通信链路120相对应的模式混合矩阵进行反变换，并且恢复从远程发射器(例如发射器300)向接收器900通过其传输的TMM信号的独立调制的分量所携带的数据。
在一个实施方式中，具有抽头模块1110的接收器900可以使用被设计用于PM信号的检测的相干检测器作为相干检测器930。用于PM信号的检测的相干检测器是本领域已知的，并且披露于例如上述公开号为2007/0297806的美国专利申请和申请号为12/338,492的美国专利申请中。本领域的熟练技术人员将理解，使用抽头模块1110和用于PM信号的检测的多个相干检测器的接收器900能够恰当地检测通过使用TMM和PM复用两者所产生的光信号。本领域的熟练技术人员将进一步理解，可以通过为WDM接收器的每个WDM信道部署具有TMM和PM两种能力的一个接收器900，来构造能够恰当地检测通过使用上述全部三种类型的复用(即TMM、PM和WDM)所产生的光信号的WDM接收器。
图12显示了根据本发明的另一个实施方式可以在节点110(图1)中使用的光接收器1200的框图。接收器1200经由多模光纤1202(例如从链路120)接收TMM信号1201。准直透镜12041准直由光纤1202产生的发散光束，并且将得到的准直光束1205引导到光分束器12061-12064。在一个实施方式中，每个光分束器1206是半透明的镜子。
接收器1200还具有LO源1220，LO源1220通过准直透镜12042传递其输出以形成准直LO光束1221。类似于光束1205，也将LO光束1221引导到光分束器12061-12064。位于光分束器12061与12062之间的90度移相器1208向通过其传输的光束引入90度的相位偏移。
光分束器12061-12064将光束1205和1221恰当地分为多个子光束，并且随后将这些子光束中的一些子光束进行重组以生成4个混合的光束，该4个混合的光束撞击4个阵列检测器(例如CCD)12301-12304的像素化的接收表面，该混合的光束在该像素化的接收表面处产生对应的干扰图样。每个阵列检测器1230以足够高的速度进行操作，该速度使得其能够获取并且输出与TMM信号1201的每个信号传输间隔(例如符号周期)的至少一个干扰图样相对应的数据。每个干扰图样是在阵列检测器1230的像素化的接收表面上通过LO源1220所产生的参考场和TMM信号1201的光场互相撞击所创建的。阵列检测器1230通过在该阵列检测器的各个像素处测量该图样的光密度来获取干扰图样，从而创建混合光束的二维截面密度分布图。
将与由阵列检测器12301-12304检测的4个干扰图样相对应的数据提供给DSP 1240以进行处理。如果阵列检测器12301-12304具有足够高的分辨率(例如足够大数量的相对小的像素)，那么DSP 1240接收足够的数据来从4个干扰模式中确定TMM信号1201的模态构成。在本文中，术语“模态构成”是指TMM信号1201就多模光纤1202的横模而言的表示。典型而言，该表示是恰当地加权的横模的线性组合。随后，已知模态构成使得DSP能够正确地对与通信链路120相对应的模式混合矩阵进行反变换，并且恢复从远程发射器(例如发射器300)向接收器1200通过其传输的TMM信号的独立调制的分量所携带的数据。DSP 1240经由数据流1242输出恢复的数据。
本领域的熟练技术人员将理解，阵列检测器12302和12304是可选的并且在接收器1200中用于实现与检测器1030中所实现的平衡检测方案类似的平衡检测方案。更具体而言，由DSP 1240处理由阵列检测器12301-12304所检测的4个干扰图样，以生成TMM信号1201的两个截面图。第一截面图是TMM信号1201的同相图，第二截面图是TMM信号1201的正交相位图。有TMM信号1201的同相图和正交相位图可能是有利的，因为DSP 1240可以使用这些图来更快、更准确并且/或者更有效地确定TMM信号的模态构成。
在各种实施方式中，接收器1200可以包括附加光分量，以使得能够使用少于4个独立的阵列检测器。例如在一个实施方式中，接收器1200可以具有两个相对大的阵列检测器，其中：(i)对第一检测器进行划分以使得该第一检测器的一部分作为阵列检测器12301而该第一检测器的另一部分作为阵列检测器12302，并且(ii)对第二检测器进行类似地划分以使得该第二检测器的一部分作为阵列检测器12303而该第二检测器的另一部分作为阵列检测器12304。在可选择的实施方式中，接收器1200可能仅具有一个非常大的阵列检测器，该阵列检测器被划分为4个部分，其中每个部分作为检测器12301-12304中的对应的一个。
虽然参考例示性的实施方式描述了本发明，但是并非意图以限制性的观念来解释本说明书。对于本发明所属技术领域的熟练技术人员所显而易见的所述实施方式的各种修改以及本发明的其他实施方式被视为落入如以下权利要求中所表达的本发明的原理和范围中。
如果在每个数值和范围的值之前存在词语“大约”或“近似”，则应该将该值或该范围解释为是近似值，除非明确声明不是这样。
还要理解，在不脱离如以下权利要求中所表达的本发明的范围的情况下，本领域熟练技术人员可以对为了解释本发明的性质所描述并且例示的细节、材料和部件的配置做出各种改变。
虽然在以下方法权利要求中按照具有对应的标记的具体的顺序来描述该方法权利要求中的元素，但是并非意图将那些元素限于按照该具体顺序来实现，除非该权利要求的描述另外暗示用于实现那些元素中的一些或所有元素的具体顺序。
本文对于“一个实施方式”或“实施方式”的参考意味着可以将结合该实施方式所描述的具体特征、结构或特性包括到本发明的至少一个实施方式中。在本说明书的各种地方出现的表述“在一个实施方式中”不一定是指相同的实施方式，也不是必须与其他实施方式互斥的独立的或可选择的实施方式。这同样适用于术语“实现”。
同样为了描述的目的，术语“耦合”、“耦合的”、“被耦合”、“连接”、“连接的”或“被连接”是指允许能量在两个或更多个元件之间传输的本领域已知的或以后开发的任意方式，并且能够设想插入一个或多个附加元件，但这不是必须的。相反，术语“直接耦合”、“直接连接”等等意味着没有这种附加元件。
可以用其他具体的装置和/或方法来体现本发明。无论从哪一点看来都要将所述实施方式视为是例示性的而不是限制性的。具体而言，本发明范围是由所附权利要求而不是由本文的说明书和附图指示的。落入权利要求的等效形式的含义和范围内的所有改变都包括在其范围中。
说明书和附图仅仅示出了本发明的原理。因此要认识到本领域的普通技术人员将能够想到尽管本文没有明确描述或显示但是体现本发明的原理并且包括在其精神和范围中的各种配置。此外，本文所述的全部实例明确的主要意图仅在于教学目的，以辅助读者理解本发明的原理和发明人为推进本领域所贡献的概念，并且应该被理解为不限于该具体描述的实例和情况。此外，本文用于描述本发明的原理、方案和实施方式的所有陈述及其具体实例意图包括其等效内容。
本领域的普通技术人员应该理解，本文的任意框图表示用于体现本发明的原理的例示性的电路的概念图。类似地，要认识到任意流程图、流程框图、状态转换图、伪代码等等表示可以实质上表示在计算机可读介质中并且因此被计算机或处理器执行的各种过程，不管是否明确显示了这种计算机或处理器。

Claims (24)

1.一种光通信系统，包括：
多径光纤，所述多径光纤支持多个横模；
光发射器，耦合到所述多径光纤的第一端并且被配置为发射具有N个独立调制的分量的光横模复用TMM信号，使得在所述第一端所述N个独立调制的分量中的每个分量对应于所述多径光纤的相应的单个横模，其中N是大于1的整数；以及
光接收器，耦合到所述多径光纤的第二端并且被配置为处理通过所述多径光纤接收的所述TMM信号，以恢复由所述N个独立调制的分量中的每个分量所携带的数据。
2.如权利要求1所述的光通信系统，其中：
所述TMM信号在被所述光接收器接收之前在所述多径光纤中经历模间混合；并且
所述光接收器被配置为对所述模间混合的影响进行逆转以恢复所述数据。
3.如权利要求1所述的光通信系统，其中：
所述多径光纤是多模光纤；并且
所述光发射器包括：
第一多个光纤；以及
布置在所述第一多个光纤与所述多模光纤之间的光模耦合OMC模块，其中：
所述OMC模块被配置为对从所述第一多个光纤接收的每个光信号进行滤波，以产生N个滤波后的信号中的相应一个并且向所述多模光纤中发射基于所述滤波后的光信号的所述TMM信号，使得在所述第一端，所述N个滤波后的光信号中的每一个基本上耦合到所述多径光纤的相应的单个横模中，以产生所述TMM信号的相应的独立调制的分量。
4.如权利要求1所述的光通信系统，其中所述多径光纤是多芯光纤。
5.如权利要求1所述的光通信系统，还包括：光分插复用器，耦合到所述光发射器和所述光接收器之间的多径光纤中，并且被配置为执行以下操作中的至少一种操作：
(i)从所述多径光纤中分出与所选择的共同光频率相对应的所有横模以从所述TMM信号中去除对应的一个或多个独立调制的分量；以及
(ii)向所述多径光纤中填充与所选择的空闲光频率相对应的一个或多个横模，以向所述TMM信号插入一个或多个独立调制的分量，其中所述TMM信号还是波分复用信号。
6.一种光发射器，包括：
第一多个光纤；以及
布置在所述第一多个光纤与多模光纤之间的光模耦合OMC模块，其中：
所述多模光纤支持多个横模；
所述OMC模块被配置为对从所述第一多个光纤接收的光信号进行滤波，以产生多个滤波后的光信号中的相应一个并且向所述多模光纤中发射基于所述滤波后的光信号的光横模复用TMM信号，使得在所述多模光纤的最近的末端，每个滤波后的光信号基本上耦合到所述多径光纤的相应的单个横模中，以在所述多模光纤中产生所述TMM信号的相应的单个光分量。
7.如权利要求6所述的光发射器，其中：
所述多模光纤总共支持N个横模，其中N是大于1的整数；
所述第一多个光纤包括N个光纤；并且
在所述多模光纤的最近的末端，所述OMC模块被配置为使用从所述N个光纤接收的N个光信号来填充所述N个横模。
8.如权利要求6所述的光发射器，其中：
在所述最近的末端，所述OMC模块被配置为：
将来自所述第一多个光纤中的第一光纤的光信号基本上耦合到所述多模光纤的第一所选横模；并且
将来自所述第一多个光纤中的第二光纤的光信号基本上耦合到所述多模光纤的第二所选横模；并且
所述第一模式与所述第二模式不同。
9.如权利要求6所述的光发射器，其中所述OMC模块包括：
多个相位模板，其中每个所述相位模板(i)被布置在所述第一多个光纤中的相应的光纤与所述多模光纤之间并且(ii)被配置为对由所述相应的光纤所产生的光束进行相位滤波；以及
一个或多个光学元件，被配置为：(i)对由所述相位模板产生的相位滤波的光束进行空间叠加并且(ii)将叠加后的相位滤波的光束提供给所述多模光纤的所述最近的末端以发射所述TMM信号。
10.如权利要求9所述的光发射器，其中：
每个所述相位滤波的光束在所述最近的末端产生相应的相/场强度PFS图样；并且
所述相应的PFS图样基本上与所述相应的单个横模的PFS图样匹配。
11.如权利要求9所述的光发射器，其中所述相位模板被实现为多节相位模板中的不同的节。
12.如权利要求6所述的光发射器，其中所述OMC模块包括：
布置在所述第一多个光纤中的光纤与所述多模光纤之间的空间光调制器SLM，其中所述SLM包括与所述第一多个光纤相对应的多个部分，每个所述部分被配置为对由对应的光纤所产生的光束进行相位滤波；以及
一个或多个光学元件，被配置为：(i)对由所述部分产生的相位滤波的光束进行空间叠加并且(ii)将叠加后的相位滤波的光束提供给所述多模光纤的所述最近的末端以发射所述TMM信号。
13.如权利要求6所述的光发射器，其中所述OMC模块包括：
体全息，布置在所述第一多个光纤中的光纤与所述多模光纤之间并且被配置为(i)对由所述第一多个光纤所产生的多个光束进行相位滤波并且(ii)对相位滤波的光束进行空间叠加；以及
一个或多个光学元件，被配置为将叠加后的相位滤波的光束提供给所述多模光纤的所述最近的末端以发射所述TMM信号。
14.如权利要求6所述的光发射器，还包括：
多个光调制器，每个光调制器耦合到所述第一多个光纤中的对应的光纤以在其中产生相应的光信号。
15.如权利要求14所述的光发射器，还包括：
多个偏振合束器，每个偏振合束器布置在(i)所述多个调制器中的一对调制器与(ii)所述第一多个光纤中的对应的光纤之间，以对由该对调制器所产生的光信号进行偏振复用，并且将所得到的偏振复用信号提供给所述第一多个光纤中的所述对应的光纤，其中所述TMM信号还是偏振复用信号。
16.如权利要求14所述的光发射器，还包括：
多个波长复用器，每个波长复用器布置在(i)所述多个调制器中的对应的调制器子集与(ii)所述第一多个光纤中的对应的光纤之间，以对由所述调制器子集所产生的光信号执行波分复用，并且将所得到的波分复用信号提供给所述第一多个光纤中的所述对应的光纤，其中所述TMM信号还是波分复用信号。
17.如权利要求14所述的光发射器，还包括：
第二多个光纤，所述第二多个光纤中的每个光纤被配置为向所述多个光调制器中的对应的光调制器馈送光，以使得所述光调制器能够产生相应的光信号；以及
一个或多个激光器，光耦合到所述第二多个光纤以产生所述光并将所述光提供给所述第二多个光纤。
18.一种用于生成光横模复用TMM信号的方法，包括：
将光束分成N个子光束，其中N是大于1的整数；
用数据调制所述N个子光束中的每个子光束以产生N个独立调制的光信号；并且
在多径光纤的最近的末端，将所述N个独立调制的光信号耦合到所述多径光纤中，以产生所述TMM信号的N个独立调制的分量，其中：
所述多径光纤支持多个横模；并且
将所述N个独立调制的光信号中的每个光信号耦合到所述多径光纤，以使得所得到的所述TMM信号的独立调制的分量在所述多径光纤的最近的末端对应于所述多径光纤的相应的单个横模。
19.一种光发射器，包括：
第一多个光纤；以及
布置在所述第一多个光纤与多模光纤之间的光模耦合OMC模块，其中：
所述多模光纤支持多个横模；
所述OMC模块被配置为处理从所述第一多个光纤接收的光信号，以向所述多模光纤中发射基于所接收的光信号的光横模复用TMM信号；
针对所述第一多个光纤中的每个光纤，所述OMC模块被配置为对从所述光纤接收的相应光信号进行滤波，使得在所述多模光纤的最近的末端，所产生的所述TMM信号的光分量对应于所述多模光纤的相应的单个横模；并且
所述OMC模块包括：
多个相位模板，其中每个所述相位模板(i)被布置在所述第一多个光纤中的相应的光纤与所述多模光纤之间并且(ii)被配置为对由所述相应的光纤所产生的光束进行相位滤波；以及
一个或多个光学元件，被配置为：(i)对由所述相位模板产生的相位滤波的光束进行空间叠加并且(ii)将叠加后的相位滤波的光束提供给所述多模光纤的所述最近的末端以发射所述TMM信号。
20.如权利要求19所述的光发射器，其中：
每个所述相位滤波后的光束在所述最近的末端产生相应的相位/场强PFS图样；并且
所述相应的PFS图样与所述相应的单个横模的PFS图样基本上匹配。
21.如权利要求19所述的光发射器，其中所述相位模板被实现为多节相位模板中的不同的节。
22.一种光发射器，包括：
第一多个光纤；
布置在所述第一多个光纤与多模光纤之间的光模耦合OMC模块，其中：
所述多模光纤支持多个横模；
所述OMC模块被配置为处理从所述第一多个光纤接收的光信号，以向所述多模光纤中发射基于所接收的光信号的光横模复用TMM信号；并且
针对所述第一多个光纤中的每个光纤，所述OMC模块被配置为对从所述光纤接收的相应光信号进行滤波，使得在所述多模光纤的最近的末端，所产生的滤波后的光信号耦合到所述多模光纤的一个或多个横模的相应集合中，以在所述多模光纤中产生所述TMM信号的相应的光分量；
多个光调制器，每个光调制器耦合到所述第一多个光纤中的对应的光纤以在其中产生相应的光信号；以及
多个偏振合束器，每个偏振合束器布置在(i)所述多个调制器中的一对调制器与(ii)所述第一多个光纤中的对应的光纤之间，以对由该对调制器所产生的光信号进行偏振复用，并且将所得到的偏振复用信号提供给所述第一多个光纤中的所述对应的光纤，其中所述TMM信号还是偏振复用信号。
23.一种光发射器，包括：
第一多个光纤；
布置在所述第一多个光纤与多模光纤之间的光模耦合OMC模块，其中：
所述多模光纤支持多个横模；
所述OMC模块被配置为处理从所述第一多个光纤接收的光信号，以向所述多模光纤中发射基于所接收的光信号的光横模复用TMM信号；并且
针对所述第一多个光纤中的每个光纤，所述OMC模块被配置为对从所述光纤接收的相应光信号进行滤波，使得在所述多模光纤的最近的末端，所产生的滤波后的光信号耦合到所述多模光纤的一个或多个横模的相应集合中，以在所述多模光纤中产生所述TMM信号的相应的光分量；
多个光调制器，每个光调制器耦合到所述第一多个光纤中的对应的光纤以在其中产生相应的光信号；以及
多个波长复用器，每个波长复用器布置在(i)所述多个调制器中的对应的调制器子集与(ii)所述第一多个光纤中的对应的光纤之间，以对由所述调制器子集所产生的光信号执行波分复用，并且将所得到的波分复用信号提供给所述第一多个光纤中的所述对应的光纤，其中所述TMM信号还是波分复用信号。
24.一种光发射器，包括：
第一多个光纤；
布置在所述第一多个光纤与多模光纤之间的光模耦合OMC模块，其中：
所述多模光纤支持多个横模；
所述OMC模块被配置为处理从所述第一多个光纤接收的光信号，以向所述多模光纤中发射基于所接收的光信号的光横模复用TMM信号；并且
针对所述第一多个光纤中的每个光纤，所述OMC模块被配置为对从所述光纤接收的相应光信号进行滤波，使得在所述多模光纤的最近的末端，所产生的滤波后的光信号耦合到所述多模光纤的一个或多个横模的相应集合中，以在所述多模光纤中产生所述TMM信号的相应的光分量；
多个光调制器，每个光调制器耦合到所述第一多个光纤中的对应的光纤以在其中产生相应的光信号；
第二多个光纤，所述第二多个光纤中的每个光纤被配置为向所述多个光调制器中的对应的光调制器馈送光，以使得所述光调制器能够产生相应的光信号；以及
一个或多个激光器，光耦合到所述第二多个光纤以产生所述光并将所述光提供给所述第二多个光纤。
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