CN112468257B - 多芯多模光纤通信系统的光通道分插复用器ocadm - Google Patents
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Abstract
本发明公开了多芯多模光纤通信系统的光通道分插复用器OCADM，多根所述直通桥接光纤的两端分别与所述模斑扩斑器的输出端和所述模斑缩斑器的输入端连接，所述第一桥接光纤的两端分别与所述模斑扩斑器的输出端和所述模分解复用器的输入端连接，所述第一光纤与所述模分解复用器的输出端连接，所述第二光纤与所述模分复用器的输入端连接，所述第二桥接光纤的两端分别与所述模分复用器的输出端和所述模斑缩斑器的输入端连接，所述模斑扩斑器和模斑缩斑器均为一个独特设计的圆光波导，其折射率分布沿纵向和沿横截面方向都是变化的，以保证光波导的稳定性，从而提高光通道分插复用器OCADM的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及多芯多模光纤通信系统技术领域，尤其涉及一种多芯多模光纤通信系统的光通道分插复用器OCADM。
背景技术
随着高速通信系统的发展，常规以波长为基本单元的光通道资源几乎用尽，所谓多维通信（多芯、多模、角动量复用等）是下一步高速大容量通信系统的必然选择。其中重要的发展方向之一，就是在一根光纤中采用多芯结构，而每一芯则采用多模式复用，这种实现多芯且多模的光纤，称为多芯多模光纤（MCMM-Fiber, Multi-Core-Multi-mode fiber）。利用这种MCMM Fiber，单根光纤的传输容量大大增加，目前P比特/秒（1015比特/秒）1000公里的超长大容量通信系统已经进入实验阶段，预示着超大容量的系统将进入商用阶段。
在这种超大超长的多芯多模复用通信系统中，“光通道（OCh, Optical Channel）”是指一个光纤纤芯中的一个模式。目前，已经有7芯商用光纤提供，19芯光纤也进入现场试验阶段；2模和4模复用的少模光纤也已经商用化。因此, 一根19芯4模的光纤就共有76个光通道（OCh），每个光通道采用DPM-16QAM信号格式（双偏振-16个相位兼幅度复用），波特数为28GBaud, 则每个波长传输的速率为896Gb/s。如采用40个波长，则每个光通道的传输容量为35.8Tb/s，76个光通道的容量总计达到2.7Pb/s。目前的1000km的系统设计，每80km增加一个中继站，所以1000km的系统要经过12个左右的中继站才可能实现。
然而对于用户来说，并不是每一个用户的信息都要传送1000km，有的用户需要在中途下路，而另一些用户需要在中途上路。正如京沪高铁一样，除了北京、上海两个始发站以外，中途仍然需要有一些旅客的换乘站。对于这种超大容量超长距离的光通信系统来说，解决好用户信息在中途的上下问题，是一个绕不开必需解决的问题，以便使更多用户灵活便捷的使用这个系统，提高其经济价值。实现这个功能的设备或者装置，就称为光通道分插复用器OCADM（Optical Channel Add-Drop Multiplexer）。
光通道分插复用器OCADM是在光中继器中完成的。目前，可以用来实现光分插复用功能的主要装置是所谓的光子灯笼，它是将多根光纤放在一个套管内，然后通过拉锥使得另一端变得和多芯光纤(MCMM Fiber)一样的粗细，它基本上可以实现多根光纤向一根光纤之间的耦合。当把它用于光通道分插复用的时候，需要一对光子灯笼，首先将多芯光纤的每一芯解复用，然后分离出每个芯后，再利用模分解复用器将每根光纤的多个模式分离出多个单模，实现某个模式的下路。该模式可以被中途上路的用户再利用，经过调制后，经过模分复用和多芯复用，最后进入多模多芯光纤通信系统，完成了光分插复用。
然而光子灯笼的制作是靠将多根光纤熔融拉制成一根多芯光纤的工艺，光子灯笼属于一种折射率纵向渐变的光波导，这种光波导的模式是不稳定的，而且不断地发生低阶模向高阶模的耦合。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种多芯多模光纤通信系统的光通道分插复用器OCADM，以提高光通道分插复用器OCADM的稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了一种多芯多模光纤通信系统的光通道分插复用器OCADM，包括输入多芯多模光纤、模斑扩斑器、多根直通桥接光纤、模斑缩斑器、输出端多芯多模光纤、第一桥接光纤、模分解复用器、第一光纤、第二光纤、模分复用器和第二桥接光纤，所述输入多芯多模光纤与所述模斑扩斑器的输入端连接，多根所述直通桥接光纤的两端分别与所述模斑扩斑器的输出端和所述模斑缩斑器的输入端连接，所述输出多芯多模光纤与所述模斑缩斑器的输出端连接，所述第一桥接光纤的两端分别与所述模斑扩斑器的输出端和所述模分解复用器的输入端连接，所述第一光纤为所述模分解复用器的一个模式的输出单芯单模光纤，所述第二光纤为所述模分复用器的一根输入单芯单模光纤，所述第二桥接光纤的两端分别与所述模分复用器的输出端和所述模斑缩斑器的输入端连接。
其中，所述多芯多模光纤通信系统的光通道分插复用器OCADM还包括桥接少模光纤，所述桥接少模光纤的两端分别与所述模分解复用器的输出端和所述模分复用器的输入端连接。
其中，所述模斑扩斑器和所述模斑缩斑器均为折射率横向分布与纵向分布变化的圆光波导。
其中，所述模分解复用器为基于光纤模耦合原理制作的并行模分解复用器，所述模分复用器为基于光纤模耦合原理制作的并行模分复用器。
其中，所述模分解复用器为基于光纤模耦合原理制作的串行模分解复用器，所述模分复用器为基于光纤模耦合原理制作的串行模分复用器。
其中，所述模分解复用器为基于平面光波导的模分解复用器，所述模分复用器为基于平面光波导的模分复用器。
本发明的有益效果体现在：通过所述模斑扩斑器，将一个多芯多模光纤（通常有2-3层分布）的模斑间距扩大到与单模光纤的外径相匹配的尺度，这样，普通光纤可以直接与之连接。该连接有固定连接和活动连接两种形式：当活动连接时，还可以通过灵活的变动光纤，实现不同纤芯间的交叉连接，将这些与所述模斑扩斑器连接的一部分所述直通桥接光纤，直接连接到所述模斑缩斑器 ，将模斑间距缩小到与输出多芯多模光纤相匹配的程度，实现各个光通道的直接转接。当某一根MCMM光纤中的某一个光通道OCh需要下路和上路的时候，首先将一根所述第一桥接光纤直接连接在所述模斑扩斑器的一个对应纤芯上，然后将它的另一端连接到所述模分解复用器。所述模分解复用器把需要下路的光通道OCh直接下载到一根所述第一光纤上，供本地用户使用。本地用户对于该通道进行调制，把本地信息调制到这个通道上，然后经过所述第二光纤进入所述模分复用器，把该通道的信号复用到所述第二桥接光纤中，所述第二桥接光纤直接连接到所述模斑缩斑器，实现了本地用户的上路。所述模斑扩斑器和模斑缩斑器均为一个独特设计的圆光波导，其折射率分布沿纵向（光传输方向）和沿横截面方向都是变化的，以保证光波导的稳定性，从而提高光通道分插复用器OCADM的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的多芯多模光纤通信系统的光通道分插复用器OCADM的结构示意图。
图2是本发明的基于平面光波导的模分解复用器和模分复用器的原理图。
图3是本发明的基于光纤模耦合原理制作的串行模分解复用器和串行模分复用器的原理图。
1-输入多芯多模光纤、2-模斑扩斑器、3-直通桥接光纤、4-模斑缩斑器、5-输出多芯多模光纤、6-第一桥接光纤、7-模分解复用器、8-第一光纤、9-第二光纤、10-模分复用器、11-第二桥接光纤、12-桥接少模光纤。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：一种多芯多模光纤通信系统的光通道分插复用器OCADM，包括输入多芯多模光纤1、模斑扩斑器2、多根直通桥接光纤3、模斑缩斑器4、输出多芯多模光纤5、第一桥接光纤6、模分解复用器7、第一光纤8、第二光纤9、模分复用器10和第二桥接光纤11，所述输入多芯多模光纤1与所述模斑扩斑器2的输入端连接，多根所述直通桥接光纤3的两端分别与所述模斑扩斑器2的输出端和所述模斑缩斑器4的输入端连接，所述输出多芯多模光纤5与所述模斑缩斑器4的输出端连接，所述第一桥接光纤6的两端分别与所述模斑扩斑器2的输出端和所述模分解复用器7的输入端连接，所述第一光纤8为所述模分解复用器7的一个模式的输出单芯单模光纤，所述第二光纤9为所述模分复用器10的一根输入单芯单模光纤，所述第二桥接光纤11的两端分别与所述模分复用器10的输出端和所述模斑缩斑器4的输入端连接。
进一步的，所述多芯多模光纤通信系统的光通道分插复用器OCADM还包括桥接少模光纤12，所述桥接少模光纤12的两端分别与所述模分解复用器7的输出端和所述模分复用器10的输入端连接。
进一步的，所述模斑扩斑器2和所述模斑缩斑器4均为折射率横向分布与纵向分布变化的圆光波导。
进一步的，所述模分解复用器7为基于光纤模耦合原理制作的并行模分解复用器7，所述模分复用器10为基于光纤模耦合原理制作的并行模分复用器10。
进一步的，所述模分解复用器7为基于光纤模耦合原理制作的串行模分解复用器7，所述模分复用器10为基于光纤模耦合原理制作的串行模分复用器10。
进一步的，所述模分解复用器7为基于平面光波导的模分解复用器7，所述模分复用器10为基于平面光波导的模分复用器10。
本发明的工作原理：
所述输入多芯多模光纤1为多芯多模光纤，所述模斑扩斑器2为多芯模斑扩斑器，所述直通桥接光纤3为非上下通道的直通桥接光纤，所述模斑缩斑器4为多芯模斑缩斑器，所述输出多芯多模光纤5为多芯多模光纤，所述第一桥接光纤6和第二桥接光纤11为具有上下光通道的短程少模桥接光纤，所述第一光纤8为经过所述模分解复用器7后本地下路的单模单芯光纤，所述第二光纤9为本地上路的单模单芯光纤，所述桥接少模光纤12为非上下光模式的少模桥接光纤。
来自于上一个中继器或者发射端的一根多芯多模光纤连接到所述输入多芯多模光纤1，所述输入多芯多模光纤1的每一个纤芯都接近于单模光纤的纤芯，而每个纤芯之间的距离要远小于普通（单模或者多模）光纤的包层外径；因此，它们无法直接与单根光纤连接。经过所述模斑扩斑器2，将一个多芯多模光纤（通常有2-3层分布）的模斑间距扩大到与单模光纤的外径相匹配的尺度，这样，普通单根光纤可以直接与之连接。该连接有固定连接和活动连接两种形式：当活动连接时，还可以通过灵活的变动光纤，实现不同纤芯间的交叉连接，将这些与所述模斑扩斑器2连接的一部分所述直通桥接光纤3，直接连接到所述模斑缩斑器4 ，将模斑间距缩小到与输出多芯多模光纤相匹配的尺度，实现各个光通道的直接转接。当某一根MCMM光纤中的某一个光通道OCh需要下路和上路的时候，首先将一根所述第一桥接光纤6直接连接在所述模斑扩斑器2的一个对应纤芯上，然后将它的另一端连接到所述模分解复用器7。所述模分解复用器7把需要下路的光通道OCh直接下载到一根所述第一光纤8上，供本地用户使用。本地用户对于该通道进行调制，把本地信息调制到这个通道上，然后经过所述第二光纤9进入所述模分复用器10，把该通道的信号复用到所述第二桥接光纤11中，所述第二桥接光纤11直接连接到所述模斑缩斑器4，实现了本地用户的上路。
对于需要上下话路的那根芯，有可能不需要全部模式都进行上下话路操作。对于那些不需要上下话路的模式，则使用所述桥接少模光纤12，将无需上下话路的模式直通过去。
所述模斑扩斑器2和模斑缩斑器4均为一个独特设计的圆光波导，其折射率分布沿纵向（光传输方向）和沿横截面方向都是变化的，以保证光波导的稳定性，从而提高光通道分插复用器OCADM的稳定性。
本发明的所述模分解复用器7和所述模分复用器10均具有三种选择：
实施例1：
所述模分解复用器7为基于光纤模耦合原理制作的并行模分解复用器，所述模分复用器10为基于光纤模耦合原理制作的并行模分复用器，所述模分解复用器7和所述模分复用器10基于不同光纤相互靠近而导致的模耦合效应的原理制成，所述模分解复用器7和所述模分复用器10可以很好的与光纤直接连接；来自于上一个中继器或者发射端的一根多芯多模光纤连接到所述输入多芯多模光纤1，所述输入多芯多模光纤1的每一个纤芯都接近于单模光纤的纤芯，而每个纤芯之间的距离要远小于普通（单模或者多模）光纤的包层；因此，它们无法直接与单根光纤连接。经过所述模斑扩斑器2，将一个多芯多模光纤（通常有2-3层分布）的模斑间距扩大到与单模光纤的外径相匹配的尺度，这样，普通单根光纤可以直接与之连接。该连接有固定连接和活动连接两种形式：当活动连接时，还可以通过灵活的变动光纤，实现不同纤芯间的交叉连接，将这些与所述模斑扩斑器2连接的一部分所述直通桥接光纤3，直接连接到所述模斑缩斑器4 ，将模斑间距缩小到与输出多芯多模光纤相匹配的尺度，实现各个光通道的直接转接。当某一根MCMM光纤中的某一个光通道OCh需要下路和上路的时候，首先将一根所述第一桥接光纤6直接连接在所述模斑扩斑器2的一个对应纤芯上，然后将它的另一端连接到所述模分解复用器7。所述模分解复用器7把需要下路的光通道OCh直接下载到一根所述第一光纤8上，供本地用户使用。本地用户对于该通道进行调制，把本地信息调制到这个通道上，然后经过所述第二光纤9进入所述模分复用器10，把该通道的信号复用到所述第二桥接光纤11中，所述第二桥接光纤11直接连接到所述模斑缩斑器4，实现了本地用户的上路。
对于需要上下话路的那根芯，有可能不需要全部模式都进行上下话路操作。对于那些不需要上下话路的模式，则使用所述桥接少模光纤12，将无需上下话路的模式直通过去。
所述模斑扩斑器2和模斑缩斑器4均为一个独特设计的圆光波导，其折射率分布沿纵向（光传输方向）和沿横截面方向都是变化的，以保证光波导的稳定性，从而提高光通道分插复用器OCADM的稳定性。
实施例2：
所述模分解复用器7为基于光纤模耦合原理制作的串行模分解复用器，所述模分
复用器10为基于光纤模耦合原理制作的串行模分复用器，所述模分解复用器7和所述模分
复用器10基于不同光纤相互靠近而导致的模耦合效应的原理制成，所述模分解复用器7和
所述模分复用器10可以很好的与光纤直接连接，如图3所示，(a) 为模分复用器10，(b)为模
分解复用器7，整个模分复用是依次完成，
是柱坐标系的方位角，
是LP模式的阶数：来自
于上一个中继器或者发射端的一根多芯多模光纤连接到所述输入多芯多模光纤1，所述输
入多芯多模光纤1的每一个纤芯都接近于单模光纤的纤芯，而每个纤芯之间的距离要远小
于普通（单模或者多模）光纤的包层；因此，它们无法直接与单根光纤连接。经过所述模斑扩
斑器2，将一个多芯多模光纤（通常有2-3层分布）的模斑间距扩大到与单模光纤的外径相匹
配的尺度，这样，普通单根光纤可以直接与之连接。该连接有固定连接和活动连接两种形
式：当活动连接时，还可以通过灵活的变动光纤，实现不同纤芯间的交叉连接，将这些与所
述模斑扩斑器2连接的一部分所述直通桥接光纤3，直接连接到所述模斑缩斑器4 ，将模斑
间距缩小到与输出多芯多模光纤相匹配的尺度，实现各个光通道的直接转接。当某一根
MCMM光纤中的某一个光通道OCh需要下路和上路的时候，首先将一根所述第一桥接光纤6直
接连接在所述模斑扩斑器2的一个对应纤芯上，然后将它的另一端连接到所述模分解复用
器7。所述模分解复用器7把需要下路的光通道OCh直接下载到一根所述第一光纤8上，供本
地用户使用。本地用户对于该通道进行调制，把本地信息调制到这个通道上，然后经过所述
第二光纤9进入所述模分复用器10，把该通道的信号复用到所述第二桥接光纤11中，所述第
二桥接光纤11直接连接到所述模斑缩斑器4，实现了本地用户的上路。
对于需要上下话路的那根芯，有可能不需要全部模式都进行上下话路操作。对于那些不需要上下话路的模式，则使用所述桥接少模光纤12，将无需上下话路的模式直通过去。
所述模斑扩斑器2和模斑缩斑器4均为一个独特设计的圆光波导，其折射率分布沿纵向（光传输方向）和沿横截面方向都是变化的，以保证光波导的稳定性，从而提高光通道分插复用器OCADM的稳定性。
实施例3：
所述模分解复用器7为基于平面光波导的模分解复用器，所述模分复用器10为基于平面光波导的模分复用器，基于平面光波导结构的所述模分解复用器7和所述模分复用器10为利用平面光波导中不同导光通道之间的模耦合，实现将不同单模光纤的模式，耦合到少模光纤之中，在平面光波导上制作，可控性较好，如图2所示，所述模分解复用器7和所述模分复用器10是依次完成的，先将端口2与端口1的模式耦合到一起，然后经过一段过渡波导，达到端口5；然后端口3再耦合到另一个波导进入端口3’，然后再将端口3’与端口5的模式耦合，最终完成3个模式复用。
来自于上一个中继器或者发射端的一根多芯多模光纤连接到所述输入多芯多模光纤1，所述输入多芯多模光纤1的每一个纤芯都接近于单模光纤的纤芯，而每个纤芯之间的距离要远小于普通（单模或者多模）光纤的包层；因此，它们无法直接与单根光纤连接。经过所述模斑扩斑器2，将一个多芯多模光纤（通常有2-3层分布）的模斑间距扩大到与单模光纤的外径相匹配的尺度，这样，普通单根光纤可以直接与之连接。该连接有固定连接和活动连接两种形式：当活动连接时，还可以通过灵活的变动光纤，实现不同纤芯间的交叉连接，将这些与所述模斑扩斑器2连接的一部分所述直通桥接光纤3，直接连接到所述模斑缩斑器4 ，将模斑间距缩小到与输出多芯多模光纤相匹配的尺度，实现各个光通道的直接转接。当某一根MCMM光纤中的某一个光通道OCh需要下路和上路的时候，首先将一根所述第一桥接光纤6直接连接在所述模斑扩斑器2的一个对应纤芯上，然后将它的另一端连接到所述模分解复用器7。所述模分解复用器7把需要下路的光通道OCh直接下载到一根所述第一光纤8上，供本地用户使用。本地用户对于该通道进行调制，把本地信息调制到这个通道上，然后经过所述第二光纤9进入所述模分复用器10，把该通道的信号复用到所述第二桥接光纤11中，所述第二桥接光纤11直接连接到所述模斑缩斑器4，实现了本地用户的上路。
对于需要上下话路的那根芯，有可能不需要全部模式都进行上下话路操作。对于那些不需要上下话路的模式，则使用所述桥接少模光纤12，将无需上下话路的模式直通过去。
所述模斑扩斑器2和模斑缩斑器4均为一个独特设计的圆光波导，其折射率分布沿纵向（光传输方向）和沿横截面方向都是变化的，以保证光波导的稳定性，从而提高光通道分插复用器OCADM的稳定性。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (2)
1.一种多芯多模光纤通信系统的光通道分插复用器OCADM，其特征在于，
包括输入多芯多模光纤、模斑扩斑器、多根直通桥接光纤、模斑缩斑器、输出多芯多模光纤、第一桥接光纤、模分解复用器、第一光纤、第二光纤、模分复用器和第二桥接光纤，所述输入多芯多模光纤与所述模斑扩斑器的输入端连接，多根所述直通桥接光纤的两端分别与所述模斑扩斑器的输出端和所述模斑缩斑器的输入端连接，所述输出多芯多模光纤与所述模斑缩斑器的输出端连接，所述第一桥接光纤的两端分别与所述模斑扩斑器的输出端和所述模分解复用器的输入端连接，所述第一光纤为所述模分解复用器的一个模式的输出单芯单模光纤，所述第二光纤为所述模分复用器的一根输入单芯单模光纤，所述第二桥接光纤的两端分别与所述模分复用器的输出端和所述模斑缩斑器的输入端连接，其中，所述连接有固定连接和活动连接两种形式，所述模斑扩斑器和所述模斑缩斑器均为折射率横向分布与纵向分布变化的圆光波导；
其中，所述模分解复用器和所述模分复用器为以下三种情况中的任一种，三种情况分别为：
所述模分解复用器为基于光纤模耦合原理制作的并行模分解复用器，所述模分复用器为基于光纤模耦合原理制作的并行模分复用器；
所述模分解复用器为基于光纤模耦合原理制作的串行模分解复用器，所述模分复用器为基于光纤模耦合原理制作的串行模分复用器；
所述模分解复用器为基于平面光波导的模分解复用器，所述模分复用器为基于平面光波导的模分复用器。
2.如权利要求1所述的多芯多模光纤通信系统的光通道分插复用器OCADM，其特征在于，
所述多芯多模光纤通信系统的光通道分插复用器OCADM还包括桥接少模光纤，所述桥接少模光纤的两端分别与所述模分解复用器的输出端和所述模分复用器的输入端连接。
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