CN114785418A - 一种低模式串扰的少模光纤传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低模式串扰的少模光纤传输系统，涉及光传输技术领域，解决了在传输过程中不同模式之间会存在模式混叠和模式串扰，严重影响模分复用传输的信号传输质量的技术问题，通过利用满足不同偏振态或者波段的子载波组合对应少模光纤中的正交模式信道，提出了一种分偏振与分波段的少模光纤传输系统架构，降低不同模式间存在的相干串扰，从而极大降低模式间串扰的整体水平，利用不满足相干条件的光载波分别对应少模光纤的多个正交模式进行传输，使得少模光纤中不同空间模式信道的光信号具有大的隔离度，实现降低不同模式间存在的相干串扰功能。

Description

一种低模式串扰的少模光纤传输系统

技术领域

本发明涉及光传输技术领域，具体的是一种低模式串扰的少模光纤传输系统。

背景技术

随着各种新型互联网业务的快速发展，人们对于信息容量和传输速率的要求不断激增。各种复用技术譬如波分复用、偏分复用、时分复用是增大信息传输容量的有效方式，然而，经过近几十年的发展，这些复用维度的叠加对单模光纤传输容量的提升已经接近极限，单模光纤已经不足以承受人们对更高传输容量的要求。空间维度作为光纤传输系统目前为止最后一个尚未得到充分利用的维度，空分复用技术可极大限度地提升单根光纤的信息传输容量，基于空分复用技术的多模光纤、多芯光纤以及少模光纤成为当前光通信领域的热点研究领域，其中少模光纤与多模光纤已被预测为是推动第四次信息革命的重要组成部分，以多模光纤与少模光纤为信息传输链路的实验研究正在大量进行中，目前已有传输容量可达到P比特级的多芯少模传输架构。所以，基于多模光纤、少模光纤的模分复用技术是一个能够成数量级增加信道容量且同时降低单位带宽的传输成本的技术方案；相比于多芯光纤和多模光纤，少模光纤在制作工艺、连接难度、铺设难度上有巨大优势，并且针对少模光纤系统的发射机、模式复用器、少模放大器和模式解复用器都发展得较为成熟。除此之外，少模光纤相比于单模光纤可以使用更多模式进行信息传输，可以成倍扩展空间信道数目。而承载更多模式数目需要更大的纤芯直径，使得少模光纤有更大的有效截面面积，因此在相同发射功率下，少模光纤中的非线性效应比单模光纤要弱得多，可有效减少非线性损耗。其次，相比于多模光纤，少模光纤可选择模式数少，更容易使用模式选择性激发与模式转换技术，也更容易使用模式复用器将多个模式进行耦合，减少系统复杂度与成本，并且因为模式数目较少，在传输时，少模光纤不会遇见多模光纤中极度复杂的模式色散与模式间交叉串扰作用。简单来说，少模光纤是目前空分复用技术中最受关注的研究课题，是目前最有希望大规模商用化的空分技术。

尽管基于少模光纤的空分复用技术可以通过增加模式使用数目来增大传输容量，但在少模光纤中，由于制作工艺与随机因素的限制，在传输过程中不同模式之间会存在模式混叠和模式串扰，这会严重影响模分复用传输的信号传输质量，最终可能会使得接收端信号恢复的压力过大，解调困难，若在强耦合情况下，接收端甚至可能无法模式解复用；为此，现在提出一种低模式串扰的少模光纤传输系统。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种低模式串扰的少模光纤传输系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种低模式串扰的少模光纤传输系统，包括数据发射模块、数据传输模块和数据解调模块，所述数据发射模块用于发射信号光源，并且将信号光源分为第一水平偏振光、第二水平偏振光、第一垂直偏振光和第二垂直偏振光，然后将第一水平偏振光、第二水平偏振光、第一垂直偏振光和第二垂直偏振光发送至数据传输模块进行传输；

数据传输模块在接收到第一水平偏振光、第二水平偏振光、第一垂直偏振光和第二垂直偏振光后，通过调制、模式转换以及模式复用，然后四个信号光分别进入对应的空间模式信道进行信号传输，最终发送至数据解调模块进行解调；

数据解调模块在接收到数据传输模块发送的四个信号光之后，对四个信号光进行解调，从而恢复原始数据。

进一步地，所述数据发射模块发射信号光源的过程包括以下步骤：

步骤S1：采用工作范围为1530nm至1565nm的C波段激光器作为信号光源；

步骤S2：将C波段激光器发射出的圆偏振态的高斯光束经过光分束器一分为二；

步骤S3：将两束被一分为二的高斯光束经过偏振分束器分为第一水平偏振光、第二水平偏振光、第一垂直偏振光和第二垂直偏振光；

步骤S4：将第一水平偏振光、第二水平偏振光、第一垂直偏振光和第二垂直偏振光发送至数据传输模块进行传输。

进一步地，其特征在于，所述光分束器的分光比为50：50。

进一步地，所述数据传输模块的信号传输过程包括以下步骤：

步骤W1：第一水平偏振光进入调制器进行数据调制后变成第一水平偏振调制光，并且第一水平偏振调制光保持LP01模式不变进行模式复用；

步骤W2：第一垂直偏振光进入调制器进行数据调制后变成第一垂直偏振调制光，并且将第一垂直偏振调制光转换为LP11a模式进行模式复用；

步骤W3：第二水平偏振光进入调制器进行数据调制后变成第二水平偏振调制光，并且第二水平偏振调制光转换为LP11b模式进行模式复用；

步骤W4：第二垂直偏振光进入调制器进行数据调制后变成第二垂直偏振调制光，并且将第二垂直偏振调制光转换为LP21模式进行模式复用；

步骤W5：在进行模式复用之后的四个信号光经过模式复用后耦合进入少模光纤，然后四个信号光分别进入对应的空间模式信道进行信号传输，最终发送至数据解调模块。

进一步地，所述数据解调模块的解调过程包括以下步骤：

步骤P1：将第一水平偏振调制光、第一垂直偏振调制光、第二水平偏振调制光和第二垂直偏振调制光转换为基模；

步骤P2：转换为基模的第一水平偏振调制光首先进入波长转换器进行波长转换回C波段，随后进入工作波长为C波段的解调器进行信号解调得到原始数据；转换为基模的第一垂直偏振调制光直接进入工作波长为C波段的解调器进行信号解调得到原始数据；转换为基模的第二水平偏振调制光直接进入工作波段为C波段的解调器进行信号解调得到原始数据；转换为基模的第二垂直偏振的调制光首先进入波长转换器进行波长转换回C波段，随后进入工作波长为C波段的解调器进行信号解调恢复原始数据。

本发明的有益效果：

本发明在使用的过程中，通过数据发射模块将信号光源分为第一水平偏振光、第二水平偏振光、第一垂直偏振光和第二垂直偏振光，然后将第一水平偏振光、第二水平偏振光、第一垂直偏振光和第二垂直偏振光发送至数据传输模块进行传输；然后数据传输模块在接收到第一水平偏振光、第二水平偏振光、第一垂直偏振光和第二垂直偏振光后，通过调制、模式转换以及模式复用，然后四个信号光分别进入对应的空间模式信道进行信号传输，最终发送至数据解调模块进行解调；然后数据解调模块在接收到数据传输模块发送的四个信号光之后，对四个信号光进行解调，从而恢复原始数据，通过利用光载波的偏振态与波长两个物理维度，设计具有不同偏振态或者波段的子载波组合，使不满足相干条件的光载波分别对应少模光纤的多个正交模式进行传输，增加少模光纤中不同空间模式信道的光信号隔离度，减少因相干串扰带来的模式间串扰，从而极大提升传输信号的信噪比，保证少模光纤传输系统的传输性能。

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，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是本发明原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种低模式串扰的少模光纤传输系统，包括数据发射模块、数据传输模块和数据解调模块，所述数据发射模块用于发射信号光源，需要进一步进行说明的是，在具体实施过程中，数据发射模块的发射机端需要采用单一激光器用来实现多空间模式信道的传输信号调制，但是单一波长激光器对应多个空间模式信道会产生相干串扰导致模式间串扰激增，这将会使每个空间模式信道上包含所有信道的传输数据，造成严重的信号失真，使接收端难以实现信号解调与恢复。因此，为了最大化减少相干串扰的影响，传统的光传输链路通常采用具有一定波长间隔的光源分别进行数据调制，以此来增加信号光的隔离度，波长间隔越大，信号光隔离度就越强，系统链路就有越小的相干串扰。

所述数据发射模块的发射过程包括以下步骤：

步骤S1：采用工作范围为1530nm至1565nm的C波段激光器作为信号光源；

步骤S2：将C波段激光器发射出的圆偏振态的高斯光束经过光分束器一分为二，需要进一步进行说明的是，在具体实施过程中，光分束器的分光比为50：50；

步骤S3：将两束被一分为二的高斯光束经过偏振分束器分为第一水平偏振光、第二水平偏振光、第一垂直偏振光和第二垂直偏振光；

步骤S4：将第一水平偏振光、第二水平偏振光、第一垂直偏振光和第二垂直偏振光发送至数据传输模块进行传输。

数据传输模块用于在接收到第一水平偏振光、第二水平偏振光、第一垂直偏振光和第二垂直偏振光后，进行传输，当第一水平偏振光进入调制器首先进行数据调制，需要进行说明的是，在具体实施过程中，调制器为商用的基于马赫曾德尔的强度调制器，经过调制后进入光转换器件转换为其他波段的光，第一垂直偏振的光载波首先进入调制器中进行数据调制，随后直接进入模式复用器中进行模式转换以及模式复用；第二水平偏振的光载波首先进入调制器进行数据调制，随后直接进入模式复用器中进行模式转换以及模式复用；第二垂直偏振的光载波首先进入调制器中进行数据调制，随后进入波长转换器转换为L波段的光，最后，经波长转换后的第二垂直偏振的调制信号光进入模式复用器中进行模式转换以及模式复用。

具体的传输过程包括以下步骤：

步骤W1：第一水平偏振光进入调制器进行数据调制后变成第一水平偏振调制光，并且第一水平偏振调制光保持LP01模式不变进行模式复用；

步骤W2：第一垂直偏振光进入调制器进行数据调制后变成第一垂直偏振调制光，并且将第一垂直偏振调制光转换为LP11a模式进行模式复用；

步骤W3：第二水平偏振光进入调制器进行数据调制后变成第二水平偏振调制光，并且第二水平偏振调制光转换为LP11b模式进行模式复用；

步骤W4：第二垂直偏振光进入调制器进行数据调制后变成第二垂直偏振调制光，并且将第二垂直偏振调制光转换为LP21模式进行模式复用；

步骤W5：在进行模式复用之后的四个信号光经过模式复用后耦合进入少模光纤，需要进一步进行说明的是，在具体实施过程中，少模光纤需要至少支持LP01、LP11与LP21三个模群，然后四个信号光分别进入对应的空间模式信道进行信号传输，最终发送至数据解调模块。

所述数据解调模块在接收到数据传输模块发送的四个信号光之后，对四个信号光进行解调，解调过程包括以下步骤：

步骤P1：将第一水平偏振调制光、第一垂直偏振调制光、第二水平偏振调制光和第二垂直偏振调制光转换为基模；

步骤P2：转换为基模的第一水平偏振调制光首先进入波长转换器进行波长转换回C波段，随后进入工作波长为C波段的解调器进行信号解调得到原始数据；转换为基模的第一垂直偏振调制光直接进入工作波长为C波段的解调器进行信号解调得到原始数据；转换为基模的第二水平偏振调制光直接进入工作波段为C波段的解调器进行信号解调得到原始数据；转换为基模的第二垂直偏振的调制光首先进入波长转换器进行波长转换回C波段，随后进入工作波长为C波段的解调器进行信号解调恢复原始数据。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (5)

1.一种低模式串扰的少模光纤传输系统，其特征在于，包括数据发射模块、数据传输模块和数据解调模块，所述数据发射模块用于发射信号光源，并且将信号光源分为第一水平偏振光、第二水平偏振光、第一垂直偏振光和第二垂直偏振光，然后将第一水平偏振光、第二水平偏振光、第一垂直偏振光和第二垂直偏振光发送至数据传输模块进行传输；

数据传输模块在接收到第一水平偏振光、第二水平偏振光、第一垂直偏振光和第二垂直偏振光后，通过调制、模式转换以及模式复用，然后四个信号光分别进入对应的空间模式信道进行信号传输，最终发送至数据解调模块进行解调；

数据解调模块在接收到数据传输模块发送的四个信号光之后，对四个信号光进行解调，从而恢复原始数据。

2.根据权利要求1所述的一种低模式串扰的少模光纤传输系统，其特征在于，所述数据发射模块发射信号光源的过程包括以下步骤：

步骤S1：采用工作范围为1530nm至1565nm的C波段激光器作为信号光源；

步骤S2：将C波段激光器发射出的圆偏振态的高斯光束经过光分束器一分为二；

步骤S3：将两束被一分为二的高斯光束经过偏振分束器分为第一水平偏振光、第二水平偏振光、第一垂直偏振光和第二垂直偏振光；

步骤S4：将第一水平偏振光、第二水平偏振光、第一垂直偏振光和第二垂直偏振光发送至数据传输模块进行传输。

3.根据权利要求2所述的一种低模式串扰的少模光纤传输系统，其特征在于，其特征在于，所述光分束器的分光比为50：50。

4.根据权利要求1所述的一种低模式串扰的少模光纤传输系统，其特征在于，所述数据传输模块的信号传输过程包括以下步骤：

步骤W1：第一水平偏振光进入调制器进行数据调制后变成第一水平偏振调制光，并且第一水平偏振调制光保持LP01模式不变进行模式复用；

步骤W2：第一垂直偏振光进入调制器进行数据调制后变成第一垂直偏振调制光，并且将第一垂直偏振调制光转换为LP11a模式进行模式复用；

步骤W3：第二水平偏振光进入调制器进行数据调制后变成第二水平偏振调制光，并且第二水平偏振调制光转换为LP11b模式进行模式复用；

步骤W4：第二垂直偏振光进入调制器进行数据调制后变成第二垂直偏振调制光，并且将第二垂直偏振调制光转换为LP21模式进行模式复用；

步骤W5：在进行模式复用之后的四个信号光经过模式复用后耦合进入少模光纤，然后四个信号光分别进入对应的空间模式信道进行信号传输，最终发送至数据解调模块。

5.根据权利要求1所述的一种低模式串扰的少模光纤传输系统，其特征在于，其特征在于，所述数据解调模块的解调过程包括以下步骤：

步骤P1：将第一水平偏振调制光、第一垂直偏振调制光、第二水平偏振调制光和第二垂直偏振调制光转换为基模；

步骤P2：转换为基模的第一水平偏振调制光首先进入波长转换器进行波长转换回C波段，随后进入工作波长为C波段的解调器进行信号解调得到原始数据；转换为基模的第一垂直偏振调制光直接进入工作波长为C波段的解调器进行信号解调得到原始数据；转换为基模的第二水平偏振调制光直接进入工作波段为C波段的解调器进行信号解调得到原始数据；转换为基模的第二垂直偏振的调制光首先进入波长转换器进行波长转换回C波段，随后进入工作波长为C波段的解调器进行信号解调恢复原始数据。

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