CN107923816A - 模式相关损耗测量方法和测量装置 - Google Patents

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Abstract

当前实施例涉及一种包括实现MDL测量而不增大处理负载的结构的MDL测量方法等。当前实施例针对N(≥2)个空间模式按次序执行将预定强度的光输入至任意空间模式的光输入操作和测量包括所述任意空间模式的N个空间模式中的每一个的输出光强的强度测量操作，以产生涉及作为测量目标的光纤中的传输损耗的传输矩阵，并且通过利用产生的传输矩阵的各个组分值至少确定每单位光纤长度的MDL的线性值。

Description

模式相关损耗测量方法和测量装置
技术领域
本发明涉及一种模式相关损耗(下文中称作“MDL”)测量方法和一种用于测量应用于模分复用传输系统的传输介质中的MDL的MDL测量装置，并且涉及一种可应用于用于模分复用的传输介质的光纤。
背景技术
非专利文献1公开了当在模分复用传输系统中执行多输入/多输出(下文中称作“MIMO”)处理时，在通过MIMO构造的模分复用传输期间的传输容量由于传输介质的MDL而减小，并且公开了用于从传输矩阵计算MDL的表达式。
非专利文献2公开了通过MIMO处理通过利用在以上非专利文献1中公开的表达式对其中将耦合多芯光纤(下文中称作“MCF”)作为传输介质应用的模分复用传输系统的MDL进行分析的结果。耦合MCF的所分析的MDL针对各个曲线图变化，但是MDL为大约0.06dB/km1 /2至0.14dB/km1/2。
引文列表
非专利文献
非专利文献1：P.J.Winzer and G.J.Foschini,“MIMO capacities and outageprobabilities in spatially multiplexed optical transport systems,”Opt.Express,vol.19,no.17,pp.16680-16696,Aug.2011。
非专利文献2：S.Randel,C.Schmidt,R.Ryf,R.J.Essiambre,and P.J.Winzer,“MIMO-based signal processing for mode-multiplexed transmission,”in IEEEPhotonics Society Summer Topical Meeting Series,2012,pp.181-182,paper MC 4.1。
发明内容
技术问题
发明人通过检查常规技术发现以下问题。也就是说，根据上述常规技术，通过MIMO处理的分析对于测量MDL是必须的，从而必须执行多个((空间模式的数量)×(偏振模式的数量))信号的相干检测，以预测包括时间延迟和波长相关性的传输线的传输矩阵，并且执行传输矩阵的奇异值分解。因此，在针对用于模分复用的光纤的MDL评估期间必须执行复杂的测量和计算。
图1A是示出在应用于用于模分复用传输的传输介质的光纤中的通常的MDL测量装置的示例性构造的示图，并且图1A所示的MDL测量装置100包括：发送系统20，其布置在作为测量目标的光纤10的输入端10a(第一端)那侧上，；接收系统30，其布置在光纤10的输出端10b(第二端)那侧上；以及控制装置40，其被构造为经发送系统控制线(包括数据线)25控制发送系统20和经接收系统控制线(包括数据线)35控制接收系统30。控制装置40包括用于利用从接收系统30获得的观察数据计算光纤10的MDL的计算装置50。
如图2A所示，作为示例，与图1A中的发送系统20对应的常规MDL测量装置中的发送系统20A包括空分复用(下文中称作“SDM”)复用器21以及N(≥2)个同相/正交(IQ)调制器22。分别将N个IQ调制器22提供至光纤10中的N(≥2)个空间通道#1至#N，并且它们由控制装置40经控制线(#1至#N)25控制。SDM复用器21将来自N个IQ调制器22的调制光的复用光从光纤10的输入端10a输入至光纤10。
同时，如图2B所示，作为示例，与图1A中的接收系统30对应的常规MDL测量装置中的接收系统30A包括SDM分束器31和分别提供至光纤10中的空间通道#1至#N的N个相干接收器32(相干接收器#1至#N)。从光纤10的输出端10b输出的光通过SDM分束器31被分为相应的空间通道的光束，并且测量通过对应的相干接收器32接收的光的复振幅信息。控制装置40经控制线35取得空间通道#1至#N中的每一个的复振幅信息，并且计算装置50计算光纤10中的MDL。
具体地说，如图3所示，常规MDL测量方法执行：针对所述多个空间通道对调制光进行复用和输出(步骤ST310)；针对所述多个空间通道获取复振幅信息(步骤ST320)；产生关于复振幅的传输矩阵T的估计矩阵(步骤ST330)；以及确定MDL的值(步骤ST340)，并且将在下面描述所述方法的主要操作。
在步骤ST310中，在发送系统20A中，IQ调制器22针对所述N个空间通道#1至#N中的每一个单独地产生调制光(通过已知导频信号来调制)，并且将通过SDM复用器21被复用的复用光从输入端10a输入至光纤10。在步骤ST320中，从光纤10的输出端10b输出的光被SDM分束器31分离，通过分别针对空间通道#1至#N提供的相干接收器32获取所述光的复振幅信息，并且经控制线35将获取的复振幅信息发送至控制装置40。在步骤ST330中，控制装置40的计算装置50使用已知导频信号和传播通过光纤10的光的复振幅信息作为测量目标，来计算关于复振幅的传输矩阵T的估计矩阵。这里，通过诸如迫零估计、最小二乘估计、最小范数解、广义/线性最小均方差估计、最大似然估计、最大比值合并、子空间法和压缩感知之类的各种方法执行估计矩阵的计算。在步骤ST340中，计算装置50执行所计算的估计矩阵的奇异值分解，并且确定奇异值的平方的最大值与最小值之间的比作为MDL的估计值。
提出了本发明以解决上述问题(必须执行复杂的测量和计算)，并且本发明的一个目的是提供一种MDL测量方法和一种MDL测量装置，其包括实现了对作为传输线应用于模分复用传输系统的光纤的MDL的测量而不增大处理负载的结构，以及一种可应用于用于模分复用的传输介质的光纤。
技术方案
为了解决上述问题，根据当前实施例的MDL(模式相关损耗)测量方法测量作为测量目标的光纤的MDL，所述光纤具有第一端和与第一端相对的第二端，并且实现了在其间产生大的互相串扰的N(≥2)个空间模式中进行光学传输。具体地说，MDL测量方法执行：产生关于从第一端至第二端的光纤中的传输损耗的传输矩阵；以及确定每单位光纤长度的MDL的线性值。通过在改变目标空间模式的同时针对N个空间模式中的每一个重复光输入操作和强度测量操作来获得所述传输矩阵，光输入操作将预定强度的光从光纤的第一端输入至任意目标空间模式，强度测量操作测量包括目标空间模式的N个空间模式中的每一个的光的强度，响应于针对目标空间模式的光输入，从光纤的第二端输出光。由通过将构成传输矩阵的矩阵元素中的最大值除以矩阵元素中的最小值而获得的比率或者通过将传输矩阵的特征值或奇异值中的最大值除以特征值或奇异值中的最小值而获得的比率来给出每单位光纤长度的MDL的线性值。此外，可通过将线性值的常用对数乘以十来确定每单位光纤长度的MDL的分贝值[dB/(单位光纤长度)1/2]。
本发明的有益效果
根据当前实施例，在模分复用传输中，不用相干检测或计算MIMO系数，就可测量传输介质的MDL，也就是说，空间模式之间的传输损耗差。
附图说明
图1A是示出用于模分复用传输的光纤中的一般MDL测量装置的示例性构造的示图；
图1B是示出耦合MCF的剖面结构的示图；
图2A是示出常规MDL测量装置中的发送系统的示例性构造的示图；
图2B是示出常规MDL测量装置中的接收系统的示例性构造的示图；
图3是用于说明常规MDL测量方法的流程图；
图4A是示出可应用于根据当前实施例的MDL测量装置的发送系统的示例性构造的示例的示图；
图4B是示出可应用于根据当前实施例的MDL测量装置的发送系统的示例性构造的另一示例的示图；
图5A是示出可应用于根据当前实施例的MDL测量装置的接收系统的示例性构造的示例的示图；
图5B是示出可应用于根据当前实施例的MDL测量装置的接收系统的示例性构造的另一示例的示图；
图6是用于说明根据当前实施例的MDL测量方法的流程图。
具体实施方式
[本发明的实施例的描述]
首先，将单独地列出和描述本发明的实施例的内容。
(1)根据当前实施例的模式相关损耗测量方法(MDL测量方法)实现了在模分复用传输中在不用对MIMO系数进行相干检测或计算的情况下测量传输介质的MDL，也就是说，测量空间模式之间的传输损耗差。作为其一个方面，MDL测量方法测量作为测量目标的光纤的MDL，该光纤具有第一端和与第一端相对的第二端，并且实现了在彼此之间发生大的互相串扰的N(≥2)个空间模式中进行光学传输。MDL测量方法尤其适合于其中在测量期间的光纤长度中串扰为-10dB或更大的光纤的测量，并且还适合于空间模式之间的功率耦合系数为0.1[km-1]或更大的光纤。具体地说，MDL测量方法执行：产生关于从第一端至第二端的光纤中的传输损耗的传输矩阵，并且确定每单位光纤长度的MDL的线性值。通过以下步骤获得传输矩阵：在改变目标空间模式的同时针对N个空间模式中的每一个重复光输入操作和强度测量操作，光输入操作将预定强度的光从光纤的第一端输入至任意目标空间模式，强度测量操作测量包括目标空间模式的N个空间模式中的每一个的光的强度，响应于目标空间模式的光输入从光纤的第二端输出所述光。由通过将构成传输矩阵的矩阵元素中的最大值除以矩阵元素中的最小值而获得的比率或者通过将传输矩阵的特征值或奇异值中的最大值除以特征值或奇异值中的最小值而获得的比率来给出每单位光纤长度的MDL的线性值。此外，可通过将线性值的常用对数乘以十来确定每单位光纤长度的MDL的分贝值[dB/(单位光纤长度)1/2]。
根据当前实施例的模式相关损耗测量装置(MDL测量装置)包括发送系统、接收系统和被构造为控制发送系统和接收系统的控制装置。发送系统从光纤的第一端将预定强度的光输入至N个空间模式中的任一个。接收系统测量N个空间模式中的每一个的光的强度，从光纤的第二端输出所述光。控制装置控制发送系统将预定强度的光从光纤的第一端输入至任意目标空间模式，并且控制接收系统测量包括目标空间模式的N个空间模式中的每一个的光的强度，所述光响应于针对目标空间模式的光输入而从光纤的第二端被输出。另外，控制装置执行产生关于从第一端至第二端的光纤中的传输损耗的传输矩阵，并且确定每单位光纤长度的MDL的线性值，如上所述。控制装置还可从线性值确定每单位光纤长度的MDL的分贝值[dB/(单位光纤长度)1/2]。
(2)作为当前实施例的一方面，在各空间模式之间发生随机耦合并且MDL[dB/(km)1/2]累积的情况下，通过发送系统进行的光输入操作优选地包括从光纤长度为Li[单位光纤长度]的光纤的第一端将强度为Pi[mW]的光输入至作为N个空间模式中的目标空间模式的第i(i＝1、2、……、N)空间模式的操作。另外，通过接收系统进行的强度测量操作优选地包括测量N个空间模式中的每一个的光的强度(其中第j(j＝1、2、……、N)空间模式的光强由Pji[mW]表示)的操作，所述光响应于针对第i空间模式的光输入而从光纤的第二端被输出。控制装置控制发送系统和接收系统在改变目标空间模式的同时针对N个空间模式中的每一个重复光输入操作和强度测量操作，以产生由下面的表达式(1)表示的关于传输损耗的传输矩阵。
(3)在如上所述的没有回切(cutback)的MDL测量中，在响应于针对第i空间模式的光输入而测量的第j空间模式的光强Pji[mW]中显现出在第一端处的连接损耗的变化的影响。因此，作为当前实施例的一方面，可通过回切应用一种消除MDL测量中的连接损耗的变化的影响的构造。具体地说，在通过发送系统的光输入操作中，从光纤长度为Li[单位光纤长度]的光纤的第一端将强度为Pi[mW]的光输入至作为N个空间模式中的目标空间模式的第i空间模式。通过接收系统进行的强度测量操作包括在回切之前测量强度的第一操作和在回切之后测量强度的第二操作。在第一操作中，测量N个空间模式中的每一个的光的强度(其中第j空间模式的光强由Pji[mW]表示)，所述光响应于针对第i空间模式的光输入而从光纤的第二端被输出。在第二操作中，首先，制备回切部分，通过在留下第一端的同时在距离第一端的1m至50m的位置处切割光纤来获得所述回切部分，其具有第一端并且回切长度为Li'(＜Li)[单位光纤长度]。然后，响应于针对第i空间模式的光输入，测量从回切部分的与第一端相对的第三端输出的第i空间模式的光强Pi'[mW]。控制装置控制发送系统和接收系统，以在改变目标空间模式的同时针对N个空间模式中的每一个重复光输入操作和强度测量操作，从而产生由下面的表达式(2)表示的关于传输损耗的传输矩阵。
(4)根据当前实施例的光纤实现了MIMO构造的模分复用传输中的传输容量增加。作为其一个方面，在光纤中，通过上述MDL测量方法测量的MDL在1530nm至1565nm的波长范围或者1460nm至1625nm的波长范围中被充分抑制。具体地说，在以上波长范围中，MDL为0.02dB/km1/2或更小，或者MDL的平均值为0.01dB/km1/2或更小。
(5)作为当前实施例的一方面，以上光纤优选为耦合MCF(多芯光纤)。具体地说，作为耦合MCF的光学特征，在1550nm的波长处，模耦合系数优选为1[m-1]至100[m-1]。在1530nm至1565nm的波长范围或者1460nm至1625nm的波长范围中，所有模激发下的传输损耗优选为0.20dB/km或更小、0.18dB/km或更小、0.16dB/km或更小、或0.15dB/km或更小。色散的模均值优选为16ps/(nm·km)或更大。对于所有空间模式的波长为1550nm的光，当光纤绕直径为30mm的心轴缠绕一周时，弯曲损耗优选为0.2dB或更小。对于所有空间模式的波长为1550nm的光，直径为20mm时的弯曲损耗优选为20dB/m或更小。对于所有空间模式的波长为1550nm的光，当光纤绕半径为30mm的心轴缠绕100周时，弯曲损耗优选为0.5dB或更小。在外应力施加下，在所有空间模式中，位于各个芯中的空间模式的有效面积Aeff优选为75μm2至180μm2。
(6)作为当前实施例的一方面，当在1530nm至1565nm的波长范围或者1460nm至1625nm的波长范围内的各个波长处测量模间差分群时延(DGD)的最大值时，光纤优选地具有10ps/km1/2或更小、1ps/km1/2或更小或者0.1ps/km1/2或更小的平均值。
(7)作为当前实施例的一方面，按照有效折射率的降序将与包括在光纤中的芯数相同的数量的空间模式设为传播模式。在这种情况下，当光纤的光纤长度为22m时，在1530nm或更大的波长范围中，除传播模式之外的空间模式中的有效折射率最高的空间模式的传输损耗优选地比传播模式中的每一个的传输损耗大19.3dB或更大，而不管光纤的弯曲状态如何。
(8)作为当前实施例的一方面，光纤包括包含多个芯的耦合MCF、覆盖所有所述多个芯的公共光学覆层和覆盖公共光学覆层的物理覆层。
如上所述，在“本发明的实施例的描述”中列举的各个方面可应用于所有其它方面，或者应用于所述其它方面的所有组合。
[本发明的实施例的详情]
下文中，将参照附图详细描述根据当前实施例的MDL测量方法、MDL测量装置和光纤的详细结构。本发明不限于所述范例，而是希望如权利要求指示地包括所有修改形式，并且落入等同于权利要求的范围和含义中。在附图的描述中，由相同的参考标号指代相同元件，而不进行冗余描述。
首先，将在下面描述作为当前实施例中的测量目标的用于模分复用的光纤的光传输状态。
当针对光纤的N(≥2)个空间通道(对应于N个空间模式)的输入复振幅是具有包括M(≥2)个序列(时间序列和波长序列)的NM个元素的列向量|x>，光纤中的N个空间通道的输出复振幅是列向量|y>，包括M个时间序列或者波长序列信息的传输线的传输函数是N行NM列的传输矩阵T，并且噪声为n，光纤中的光传输状态可模型化为下面的表达式(3)。
|y>＝T|x>+n…(3)
作为测量目标的光纤中的空间模式还包括偏振模式。在测量目标为MCF的情况下，空间模式可为作为各个芯的芯模的空间模式，或者当多个芯整体具有波导结构(超模)时为作为本征模的空间模式。
此时，通过下面的表达式(4)来计算通过MIMO处理进行的信号恢复的计算。
然而，如果至少T不是方矩阵，则T不具有逆矩阵，从而利用奇异值分解(SVD)等来计算对应于H的矩阵(见非专利文献2)。
实际光纤的传输矩阵T不能直接测量，从而从|x>和|y>估计传输矩阵T。然而，可将以上表达式(3)看作在传输矩阵T中包括(N×NM)个变量的N个联立表达式，从而表达式数量不足，并且不能唯一地确定解。因此，通过利用各种方法(诸如迫零估计、最小二乘估计、最小范数解、广义/线性最小均方差估计、最大似然估计、最大比值合并、子空间法和压缩感知)，估计一种合理的解(估计矩阵)作为传输矩阵T。这种计算不易，并且必须利用用于N个空间通道的相干接收器来进行包括光的相位信息的检测。
通过将通过MIMO处理而预测的传输矩阵T奇异值分解为下面的表达式(5)的形式来获得作为测量目标的光纤的MDL(MIMO传输通道之间的传输损耗差)，并且获得奇异值的平方的最大值与最小值之间的比率作为MDL的估计值(见非专利文献2)。(该值为线性值，其通常通过将线性值的常用对数乘以十而被表达为分贝值。如果传输矩阵T不是预测矩阵而是真值，则通过将传输矩阵T奇异值分解为下面的表达式(5)的形式，可将奇异值的平方的最大值与最小值之间的比率限定为MDL。)在下面的表达式(5)中，
T＝UΛV*……(5)
矩阵U和V*分别是N行N列和NM行NM列的酉矩阵，并且Λ是N行NM列的矩阵，其中在第一部分(包括矩阵元素(1，1)的部分)中包括对角组分为奇异值的N行N列的对角矩阵并且其余矩阵元素为零。
如上所述，在考虑复振幅信号的传输矩阵时需要复杂模型。因此，在当前实施例中，仅将光纤的传输损耗看作测量目标的传输介质，采用更简单的模型。
也就是说，当作为测量目标的光纤的N个空间通道的输入和输出的功率分别是列向量|Pin>和|Pout>，并且仅包括光纤中的传输损耗信息的N行N列传输矩阵是α时，可通过下面的表达式(6)表达所述模型。
|Pout>＝α|Pin>
此时，将传输矩阵α看作TT*的总体均值(ensemble average)。然而，矩阵T*是矩阵T的伴随矩阵。当从以上等式(5)中，<x>表示x的总体均值时，通过下面的表达式(7)提供传输矩阵α。
α＝<TT*>＝<UΛV*VΛ*U*>＝U<ΛΛ*>U*…(7)
在表达式(7)中，<ΛΛ*>是这样的对角矩阵，其对角组分为单独的奇异值的绝对值的相应平方的总体均值。因此，通过将<ΛΛ*>的对角元素的最大值除以最小值而获得的比率对应于MDL的线性值。以上表达式(7)对应于传输矩阵α的特征值分解的表达式，从而对角元素为传输矩阵α的特征值的N行N列矩阵为<ΛΛ*>。可通过上述当前实施例的MDL测量方法容易地测量传输矩阵α。然而，如果存在测量误差，则可能不能进行特征值分解。在这种情况下，如果执行奇异值分解，那么尽管包括误差，也可通过下面的表达式(8)获得<ΛΛ*>。
α＝U<ΛΛ*>W*…(8)
这里，W*为不同于U的N行N列的酉矩阵。
如果难以执行奇异值分解，则可将通过将<ΛΛ*>的元素的最大值除以最小值而获得的比率确定为MDL。
在下文中，将参照图1A、图4A至图4B和图5A至图5B描述实现上述MDL测量的根据当前实施例的MDL测量装置的构造。
根据当前实施例的MDL测量装置的基本构造与图1A所示的一般MDL测量装置100相似。也就是说，如图1A所示，根据当前实施例的MDL测量装置还包括发送系统20、接收系统30和包括计算装置50的控制装置40。控制装置40和发送系统20经发送系统控制线(包括数据线)25彼此连接，并且控制装置40和接收系统30经接收系统控制线(包括数据线)35彼此连接。
作为示例，如图4A所示，与图1A中的发送系统20对应的根据当前实施例的MDL测量装置中的发送系统20B包括SDM复用器21、1×N光学开关23和光源24。通过控制装置40经控制线25控制光源24的开/关。控制装置40经控制线25控制1×N光学开关23，以在光纤10中传播的N个空间模式(空间通道)#1至#N中选出作为光输入目标的空间模式。在发送系统20B中，经SDM复用器21从输入端(第一端)10a将通过1×N光学开关23选择的第i空间模式的光输入至光纤10。
作为另一示例，如图4B所示，与图1A中的发送系统20对应的根据当前实施例的MDL测量装置中的发送系统20C包括对齐装置26、单芯光纤(下文中称作“SCF”)27和光源24。对齐装置26将其端面位于作为测量目标的光纤10的输入端10a上的特定芯与SCF 27的芯彼此光学连接。控制装置40经控制线25控制光源24，并且从光源24输出的光经SCF 27输入至通过对齐装置26连接的光纤10的芯中。
同时，作为示例，如图5A所示，与图1A中的接收系统30对应的根据当前实施例的MDL测量装置中的接收系统30B包括SDM分束器31和被设置为分别与在光纤10中传播的N个空间模式#1至#N对应的N个功率计33(功率计#1至#N)。SDM分束器31将从光纤10的输出端(第二端)10b输出的光分为N个空间模式#1至#N的光束，并且N个功率计33中的每一个测量对应的空间模式的光强。控制装置40经控制线35从N个功率计33中的对应的一个获取空间模式#1至#N中的每一个的光强信息。
作为另一示例，如图5B所示，与图1A中的接收系统30对应的根据当前实施例的MDL测量装置中的接收系统30C包括对齐装置34、SCF 36和功率计37。对齐装置34将位于光纤10的输出端10b上的芯与SCF 36的芯彼此光学连接，并且将在光纤10中传播的N个空间模式#1至#N的光束按次序导向至SCF 36。功率计37测量经SCF 36到达的空间模式中的每一个的光强，并且经控制线35按次序将测量到的光强信息发送至控制装置40。
图6是用于说明根据当前实施例的MDL测量方法的流程图。也就是说，根据当前实施例的MDL测量方法针对所有空间模式(步骤ST640)执行：识别未测量的空间模式(步骤ST610)；将测量到的光输出至识别的空间模式(步骤ST620)；获取所有空间模式的损耗系数(步骤ST630)。当针对所有空间模式完成了步骤ST610至步骤ST630时，执行产生关于光纤10的传输损耗的传输矩阵α(步骤ST650)；以及确定MDL的值(步骤ST660)。在下面的描述中，适当地参照图1A。
在步骤ST610中，在发送系统20B或20C中，从作为测量目标的光纤10的N个空间模式#1至#N中识别出未测量的第i(i＝1、2、……、N)空间模式。在步骤ST620中，作为光输入操作，发送系统20B或20C从光纤长度为Li[单位光纤长度]的光纤10的输入端(第一端)10a将强度为Pi的光输入至第i空间模式。
在步骤ST630中，在发生了各空间模式#1至#N之间的随机耦合并且MDL[dB/(km)1/2]累积的情况下，作为强度测量操作，接收系统30B或30C测量N个空间模式#1至#N中的每一个的光的强度(其中第j(j＝1、2、……、N)空间模式的光强由Pji[mW]表示)，响应于针对第i空间模式的光输入从光纤10的输出端(第二端)10b输出光。当针对所有空间模式#1至#N完成了光输入操作和强度测量操作时(步骤ST640)，在步骤ST650中，控制装置40的计算装置50产生通过上面的表达式(1)给出的传输矩阵α。在步骤ST660中，控制装置40的计算装置50将通过将构成传输矩阵α的矩阵元素中的最大值除以矩阵元素中的最小值而获得的比率、或者通过将传输矩阵α的特征值或奇异值中的最大值除以特征值或奇异值中的最小值而获得的比率确定为每单位光纤长度的模式相关损耗的线性值，并且通过将获得的线性值的常用对数乘以十来确定MDL的分贝值[dB/(单位光纤长度)1/2]。
在如上所述没有回切的MDL测量中，在响应于针对第i空间模式的光输入而测量的第j空间模式的光强Pji[mW]中出现在输入端10a处的连接损耗的变化的影响。在这种情况下，这样的构造是优选的，即通过回切在MDL测量中消除了连接损耗的变化的影响。具体地说，在步骤ST620中的光输入操作中，从光纤长度为Li[单位光纤长度]的光纤10的输入端10a将强度为Pi的光输入至第i空间模式。在步骤ST630中的强度测量操作中，执行在回切之前测量强度的第一操作和在回切之后测量强度的第二操作。也就是说，在第一操作中，测量N个空间模式中的每一个的光的强度(其中第j空间模式的光强由Pji[mW]表示)，响应于针对第i空间模式的光输入而从输出端10b输出光。在第二操作中，首先，获得具有输入端10a并且回切长度为Li'(＜Li)[单位光纤长度]的回切部分，通过在留下输入端(第一端)10a的同时相对于输入端10a在1m至50m的位置处切割光纤10获得所述回切部分。在第二操作中，响应于针对第i空间模式的光输入操作，测量从与获得的回切部分的输入端10a相对的输出端(第三端)10c输出的第i空间模式的光强Pi'[mW]。当针对所有空间模式#1至#N完成了光输入操作和强度测量操作的第一操作的组合以及光输入操作和强度测量操作的第二操作的组合时(步骤ST640)，在步骤ST650中，控制装置40的计算装置50产生通过以上表达式(2)给出的传输矩阵α。在步骤ST660中，控制装置40的计算装置50将通过将构成传输矩阵α的矩阵元素中的最大值除以矩阵元素中的最小值而获得的比率、或者通过将传输矩阵α的特征值或奇异值中的最大值除以特征值或奇异值中的最小值而获得的比率确定为每单位光纤长度的模式相关损耗的线性值，并且通过将获得的线性值的常用对数乘以十来确定MDL的分贝值[dB/(单位光纤长度)1/2]。
根据以上非专利文献2，到目前已经报告了其中空间模式之间的串扰(下文中称作“XT”)较大的用于模分复用传输的光纤中的MDL，即耦合MCF中的MDL，针对各个曲线图变化，但是为大约0.06dB/km1/2至0.14dB/km1/2。根据以上非专利文献1，已知当MDL大时，在MIMO构造中，传输容量在模分复用传输期间降低。
根据上文，如在实施例中，在能够在其中XT较大的空间模式中进行光学传输的光纤10中，在适于长距离传输的1530nm至1565nm的波长范围或者1460nm至1625nm的波长范围内，通过根据当前实施例的MDL测量方法而测量的MDL优选为0.02dB/km1/2或更小。在这种情况下，可利用其中空间模式之间的XT较大的用于模分复用传输的光纤作为传输线来使得长距离传输系统的容量最大化。进一步地，光纤10的MDL优选为0.01dB/km1/2或更小，进一步地，为0.005dB/km1/2或更小，进一步地为0.002dB/km1/2或更小，并且进一步优选地为0.001dB/km1/2或更小。
在1530nm至1565nm的波长范围或者1460nm至1625nm的波长范围内的MDL的平均值为0.01dB/km1/2或更小，优选地为0.005dB/km1/2或更小，更优选地为0.002dB/km1/2或更小，并且进一步优选地为0.001dB/km1/2或更小。为了使光纤10具有适于长距离传输的光学性能，在1550nm的波长处，模耦合系数优选地为1[m-1]至100[m-1]。从降低由光学放大导致的噪声的观点来看，从加宽放大器间隔的观点来看，或者从在非中继(传输线中无放大器)传输系统中延长传输距离的观点来看，在1530nm至1565nm的波长范围或者1460nm至1625nm的波长范围内，所有模激发的传输损耗优选地为0.020dB/km或更小，更优选地为0.018dB/km或更小，进一步为0.16dB/km或更小，并且进一步优选地为0.15dB/km或更小。为了抑制非线性噪声，色散的模均值优选地为16ps/(nm·km)或更大。此外，从非线性噪声抑制的观点来看，或者从抑制宏观损耗和微弯曲损耗由于有效面积过度扩大而增大的观点来看，在外应力施加下，在所有空间模式中，位于各个芯中的空间模式的有效面积Aeff优选地为75μm2至180μm2。从抑制由于中继器或电站建筑中的光纤弯曲造成的损耗增大的观点来看，对于所有空间模式的波长为1550nm的光，当光纤绕直径为30mm的心轴缠绕一圈时，弯曲损耗优选地为0.2dB或更小。对于所有空间模式的波长为1550nm的光，在直径为20mm时的弯曲损耗优选地为20dB/m或更小。相对于所有空间模式的波长为1550nm的光，当光纤绕半径为30mm的心轴缠绕100圈时，弯曲损耗优选地为0.5dB或更小。
从降低MIMO处理的计算负载的观点来看，当在1530nm至1565nm的波长范围或者1460nm至1625nm的波长范围内的各波长处测量模间DGD的最大值时，光纤10的平均值优选地为10ps/km1/2或更小、1ps/km1/2或更小、或者0.1ps/km1/2或更小。
将与包括在光纤中的芯数相同的数量的空间模式按照有效折射率的降序设为传播模式。在这种情况下，在1530nm或更大的波长范围内，当光纤的光纤长度为22m时，不管光纤的弯曲状态如何，除传播模式之外的空间模式中的具有最高有效折射率的空间模式的传输损耗优选地比传播模式中的每一个的传输损耗大19.3dB或更大。
从提高制造效率的观点来看，如图1B所示，光纤10包括耦合MCF，其包括多个芯11、覆盖全部所述多个芯11的公共光学覆层12a和覆盖公共光学覆层12a的物理覆层12b。这里，光学覆层12a是覆层12的有助于光学传输的部分，并且物理覆层12b是覆层12的无助于光学传输的部分。从与常规线缆化技术保持一致的观点来看，期望光纤10的覆层直径为124μm至126μm。另外，从与常规线缆化技术保持一致的观点来看，期望光纤10的覆盖直径为240μm至260μm。
参考标号列表：
10…光纤(测量目标)；
20、20B、20C…发送系统；
25…发送系统控制线；
30、30B、30C…接收系统；
35…接收系统控制线(包括数据线)；
40…控制装置；
50…计算装置；
100…MDL测量装置。

Claims (11)

1.一种用于测量光纤的模式相关损耗的模式相关损耗测量方法，所述光纤具有第一端和与第一端相对的第二端并且实现在其间发生互相串扰的N(N≥2)个空间模式中的光学传输，
模式相关损耗测量方法包括以下步骤：
在改变目标空间模式的同时针对所述N个空间模式中的每一个重复进行光输入操作和强度测量操作，以产生关于从第一端至第二端的光纤中的传输损耗的传输矩阵，所述光输入操作将预定强度的光从光纤的第一端输入至任意目标空间模式，所述强度测量操作包括目标空间模式在内的所述N个空间模式中的每一个中的光的强度，所述光响应于针对目标空间模式的光输入而从光纤的第二端被输出；以及
将通过将构成所述传输矩阵的矩阵元素中的最大值除以所述矩阵元素中的最小值而获得的比率、或者通过将所述传输矩阵的特征值或奇异值中的最大值除以所述特征值或所述奇异值中的最小值而获得的比率确定为每单位光纤长度的模式相关损耗的线性值。
2.根据权利要求1所述的模式相关损耗测量方法，还包括：
通过将所述线性值的常用对数乘以十来确定每单位光纤长度的模式相关损耗的分贝值。
3.根据权利要求1或2所述的模式相关损耗测量方法，其中
所述光输入操作包括：
将强度为Pi[mW]的光从光纤长度为Li[单位光纤长度]的光纤的第一端输入至作为所述N个空间模式中的目标空间模式的第i(i＝1、2、……、N)空间模式的操作，
所述强度测量操作包括：
测量所述N个空间模式的每一个中的光的强度的操作，其中第j(j＝1、2、……、N)空间模式的光强由Pji[mW]表示，所述光响应于针对第i空间模式的光输入而从光纤的第二端被输出，并且
所述方法在改变目标空间模式的同时针对所述N个空间模式中的每一个重复所述光输入操作和所述强度测量操作，以产生由下面的表达式(1)表示的关于传输损耗的传输矩阵：
4.根据权利要求1或2所述的模式相关损耗测量方法，其中，
所述光输入操作包括：
从光纤长度为Li[单位光纤长度]的光纤的第一端将强度为Pi[mW]的光输入至作为所述N个空间模式中的目标空间模式的第i(i＝1、2、……、N)空间模式的操作，
所述强度测量操作包括：
第一操作，测量所述N个空间模式中的每一个的光的强度，其中第j(j＝1、2、……、N)空间模式的光强由Pji[mW]表示，所述光响应于针对第i空间模式的光输入而从光纤的第二端被输出；以及
第二操作，制备具有第一端并且回切长度为Li'(＜Li)[单位光纤长度]的回切部分，通过在留下第一端的同时距离第一端在1m至50m的位置处切割光纤来获得所述回切部分，以及测量响应于针对第i空间模式的光输入从回切部分的与第一端相对的第三端输出的第i空间模式的光强Pi'[mW]，并且
所述方法在改变目标空间模式的同时针对所述N个空间模式中的每一个重复所述光输入操作和所述强度测量操作，以产生由下面的表达式(2)表示的关于传输损耗的传输矩阵：
5.一种光纤，其中，
在1530nm至1565nm的波长范围内或者1460nm至1625nm的波长范围内，通过根据权利要求1至4中的任一项所述的模式相关损耗测量方法而测量的模式相关损耗为0.02dB/km1/2或更小，或者模式相关损耗的平均值为0.01dB/km1/2或更小。
6.根据权利要求5所述的光纤，其中
所述光纤是具有以下光学性能的多芯光纤，其中：
在1550nm的波长处，模耦合系数为1[m-1]至100[m-1]；
在1530nm至1565nm的波长范围内或者1460nm至1625nm的波长范围内，所有模激发的传输损耗为0.20dB/km或更小、0.18dB/km或更小、0.16dB/km或更小或者0.15dB/km或更小；
色散的模均值为16ps/(nm·km)或更大；
对于所有空间模式的波长为1550nm的光，当所述光纤绕直径为30mm的心轴缠绕一圈时，弯曲损耗为0.2dB或更小；
对于所有空间模式的波长为1550nm的光，在直径为20mm时，弯曲损耗为20dB/m或更小；
对于所有空间模式的波长为1550nm的光，当光纤绕半径为30mm的心轴缠绕100圈时，弯曲损耗为0.5dB或更小，并且
在外应力施加下，在所有空间模式中，位于各个芯中的空间模式的有效面积Aeff为75μm2至180μm2。
7.根据权利要求5或6所述的光纤，其中
模间差分群时延的最大值的平均值为10ps/km1/2或更小、1ps/km1/2或更小或者0.1ps/km1/2或更小，在1530nm至1565nm的波长范围或者1460nm至1625nm的波长范围内的各个波长处测量到所述模间差分群时延。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的光纤，其中，
按照有效折射率的降序将与包括在所述光纤中的芯数相同数量的空间模式设为传播模式，并且
当所述光纤的光纤长度为22m时，在1530nm或更大的波长范围内，除所述传播模式以外的空间模式中的具有最大有效折射率的空间模式的传输损耗比所述传播模式中的每一个的传输损耗大19.3dB或更大，而不管所述光纤的弯曲状态如何。
9.根据权利要求5至8中的任一项所述的光纤，其中，
所述光纤是包括多个芯的多芯光纤，公共光学覆层覆盖全部所述多个芯，并且物理覆层覆盖所述公共光学覆层。
10.一种用于测量光纤的模式相关损耗的模式相关损耗测量装置，所述光纤具有第一端和与第一端相对的第二端，并且实现在其间发生互相串扰的N(N≥2)个空间模式中的光学传输，
所述模式相关损耗测量装置包括：
发送系统，其被构造为从所述光纤的第一端将预定强度的光输入至所述N个空间模式中的任一个；
接收系统，其被构造为测量所述N个空间模式中的每一个的光的强度，所述光从所述光纤的第二端输出；以及
控制装置，其被构造为控制所述发送系统将预定强度的光从所述光纤的第一端输入至任意目标空间模式，并且控制所述接收系统测量包括所述目标空间模式在内的所述N个空间模式中的每一个的光的强度，所述光响应于针对目标空间模式的光输入而从所述光纤的第二端被输出，其中，
所述控制装置用于：
控制所述发送系统和所述接收系统中的每一个，以使得在改变目标空间模式的同时针对所述N个空间模式中的每一个重复通过所述发送系统进行的光输入操作和通过所述接收系统进行的强度测量操作，以产生关于所述光纤中从第一端至第二端的传输损耗的传输矩阵，并且
将通过将构成所述传输矩阵的矩阵元素中的最大值除以所述矩阵元素中的最小值而获得的比率、或者通过将所述传输矩阵的特征值或奇异值中的最大值除以所述特征值或所述奇异值中的最小值而获得的比率确定为每单位光纤长度的模式相关损耗的线性值。
11.根据权利要求10所述的模式相关损耗测量装置，其中，
所述控制装置通过将所述线性值的常用对数乘以十来确定每单位光纤长度的模式相关损耗的分贝值。
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