CN117614544A - 一种无寄生波长转换的全光模式组播系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无寄生波长转换的全光模式组播系统及方法，系统包括依次连接的信号源模块、泵浦源模块、模式转换模块和数据接收处理模块；系统的工作流程为：信号光经第一偏振控制器进行偏振态调整后，与位于同一模式的泵浦光经偏振保持耦合器耦合到第一模式激励器件中，激励少模光纤中参与四波混频的空间模式；根据信号光的波长设置第一模式泵浦光、第二模式泵浦光的光功率和工作波长，利用第三偏振控制器调整信号光、第一模式泵浦光的偏振态，最大化模式组播效率；利用第二滤波器过滤经过第二模式激励器件后的信号光和闲频光，经集成相干接收机进行电域数据接收与恢复，实现无寄生波长转换的全光模式组播。

Description

一种无寄生波长转换的全光模式组播系统及方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种无寄生波长转换的全光模式组播系统及方法。

背景技术

近年来，随着互联网技术的涌现、移动终端的普及，全球数据流量需求和互联网用户数急剧增长，传统单模光纤（Single-Mode Fiber，SMF）通信系统出现容量瓶颈问题。为了应对持续快速增长的流量需求，空间模式维度，作为承载光信息的另一个维度，在光通信系统应用上引起了极大关注。利用少模光纤（Few-Mode Fiber, FMF）、多模光纤（Multi-ModeFiber, MMF）中的正交空间模式作为信息的独立传输信道，即模分复用技术（Mode-Division-Multiplexing，MDM）。利用模分复用、波分复用（Wavelength-Division-Multiplexing，WDM）等技术，光通信系统的传输容量可以超过P-bit/s，突破传统单模光通信系统的容量瓶颈。模分复用技术的应用，除了需要开发少模光纤、模式激励器件等设备之外，还需要开发其他网络功能器件。

光组播（Optical multicasting）作为一个重要的网络功能，可以将一路输入信号同时传输到多个不同的信道。利用光组播，可以极大地提升光网络的传输效率。目前，光组播技术的研究主要集中在单个空间模式，实现的是同一空间模式下不同波长的组播。正如波长维度的光组播可以增加波分复用网络的可重构性、提升波分复用网络的灵活性，模式维度的光组播对模分复用光网络而言不可或缺。

一般而言，实现光组播的方式可划分为两种，一种是基于光分束（lightsplitting）的方法，另一种是基于非线性光学效应，如交叉相位调制（Cross-phaseModulation, XPM）、交叉增益调制（Cross-gain Modulation, XGM）、四波混频（Four-waveMixing, FWM）等。基于光分束方法的光组播技术，由于具有较高的插入损耗，因此受到的研究关注较少。基于非线性光学效应的光组播，尤其是基于四波混频的光组播技术，因为具备飞秒量级的超快响应时间、低噪声、对调制格式和调制速率透明等优势，受到了业界研究领域的广泛关注。

随着模分复用技术的发展，少模光纤中的四波混频效应受到相关技术人员的广泛关注。相比单模光纤，少模光纤中的四波混频效应可以发生在不同空间模式之间，布拉格散射过程和相位共轭过程是少模光纤中两种不同的模间四波混频效应。其中，模间布拉格散射过程对应为一个能量交换过程，即信号光与位于另一个空间模式的闲频光两者功率此消彼长；模间相位共轭过程对应为一个能量放大过程，即泵浦光放大信号光、同时在另一个模式上生成闲频光。

利用模间四波混频过程可以将信号光所携带的数据信息复制到另一个空间模式上，通常情况下，这种信息复制的模式转换过程会携带寄生的波长转换，而对于未来多维复用光网络而言，这种寄生的波长转换不利于独立地实现模式维度的光组播。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种无寄生波长转换的全光模式组播系统及方法，用于实现空间模式维度上波长固定的全光组播。

为实现上述效果，本发明的技术方案如下：

第一个方面，本发明提供一种无寄生波长转换的全光模式组播系统，包括依次连接的信号源模块、泵浦源模块、模式转换模块和数据接收处理模块；

所述信号源模块用于提供参与模间四波混频的信号光，包括第一可调谐激光器、信号发生器、电光调制器和第一偏振控制器；所述第一可调谐激光器用于提供承载电域数据信号的光载波；所述信号发生器用于提供电域数据信号；所述电光调制器用于将电域数据信号调制到光载波上，形成信号光；所述第一偏振控制器用于调整信号光的偏振态；

所述泵浦源模块用于提供参与模间四波混频的第一模式泵浦光、第二模式泵浦光，包括第二可调谐激光器、光放大器、第一滤波器、第二偏振控制器；所述第二可调谐激光器用于提供参与模式组播的第一模式泵浦光、第二模式泵浦光；所述光放大器用于为第一模式泵浦光、第二模式泵浦光提供光功率放大；所述第一滤波器用于滤除第一模式泵浦光、第二模式泵浦光的自发辐射噪声；所述第二偏振控制器用于对第一模式泵浦光、第二模式泵浦光进行偏振态调整；

所述模式转换模块用于将信号光携带的数据信息复制到闲频光，包括偏振保持耦合器、第三偏振控制器、第一模式激励器件、第二模式激励器件和少模光纤；所述偏振保持耦合器用于以偏振保持的方式耦合信号光和第一模式泵浦光；所述第三偏振控制器用于调整信号光和第二模式泵浦光的偏振态；所述第一模式激励器件用于激励少模光纤中参与四波混频的信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光的空间模式；所述少模光纤用于承载经过第一模式激励器件的信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光，信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光之间在少模光纤中发生模间四波混频作用，产生闲频光；所述第二模式激励器件用于实现少模光纤中信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光、闲频光空间模式的解复用；

所述数据接收处理模块作为接收端，包括第二滤波器；所述第二滤波器用于对经过第二模式激励器件后的信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光、闲频光进行波长过滤，得到预设空间模式及预设波长下的信号光和闲频光，滤除第一模式泵浦光、第二模式泵浦光。

上述方案中，通过设置模间四波混频中各路光的工作波长，可以消除光的模式转换过程中的寄生波长转换，将光组播技术从波长维度变换到空间模式维度。本发明提出的无寄生波长转换的全光模式组播系统，利用信号光和闲频光波长简并的模间相位共轭过程，在模式维度上实现光信号的模式组播，通过调整泵浦光功率，可以调节模式组播效率、组播目的波长和组播带宽，实现信号光在模式维度上的灵活组播。

第二个方面，本发明提供一种无寄生波长转换的全光模式组播方法，包括以下步骤：

步骤1：利用信号发生器产生电域数据信号，第一可调谐激光器提供承载电域数据信号的光载波，电光调制器将电域数据信号调制到光载波上，形成信号光；第一偏振控制器调整信号光的偏振态；

步骤2：信号光经第一偏振控制器进行偏振态调整后，与位于同一模式的第一模式泵浦光经偏振保持耦合器耦合到第一模式激励器件中；

步骤3：第二可调谐激光器提供参与模式组播的第一模式泵浦光、第二模式泵浦光，第一模式泵浦光、第二模式泵浦光分别经过光放大器、第一滤波器、第二偏振控制器依次进行光功率放大、自发辐射噪声抑制和偏振态调整，传输到第一模式激励器件对应的模式输入端；第一模式激励器件将信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光耦合到少模光纤；

步骤4：根据信号光的波长设置第一模式泵浦光、第二模式泵浦光的光功率和工作波长，利用第三偏振控制器调整信号光、第一模式泵浦光的偏振态，最大化模式组播效率；经过第一模式激励器件后的信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光通过少模光纤进行信号传输，利用少模光纤中的四波混频效应实现模式转换，产生闲频光；

步骤5：信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光、闲频光利用第二模式激励器件、第二滤波器分别进行模式解复用、波长过滤，得到预设空间模式及预设波长下的信号光和闲频光，滤除第一模式泵浦光、第二模式泵浦光，实现无寄生波长转换的全光模式组播。

进一步的，步骤3之后还包括：

测量少模光纤中的空间模式随工作波长变化的相对群时延，绘制各个空间模式随工作波长变化的相对群时延曲线，确定少模光纤各模式之间的相对群时延取值相等时的工作波长点；

根据参与模间四波混频的第一模式泵浦光、第二模式泵浦光的工作波长和所处的空间模式确定参与模式组播对应的空间模式。

进一步的，步骤5所述利用第二滤波器过滤经过第二模式激励器件后的信号光和闲频光，之后还包括：

利用集成相干接收机对预设空间模式及预设波长下的信号光和闲频光进行相干解调，实现电域数据接收与恢复。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明利用模间四波混频，通过设置参与模间四波混频的各路光的工作波长，消除模式转换过程中伴随的寄生波长转换，将光组播技术从波长维度变换到空间模式维度。

实现了空间模式维度的光信号组播，通过设置信号光和泵浦光的工作波长，消除模式转换过程中的寄生波长转换，提升模分复用光网络的运行效率。

附图说明

图1是本发明无寄生波长转换的全光模式组播系统示意图；

图2是本发明全光模式组播工作原理示意图；

图3是本发明少模光纤各个模式对应的相对群时延曲线图；

图4是本发明无寄生波长转换的3模式组播系统图；

图5是本发明各个空间模式对应的组播效率光谱图。

具体实施方式

以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在介绍本发明实施例之前首先对本发明实施例中涉及到的相关名词作如下释义：

组播：组播技术的初衷是在IP网络中，以"尽力而为"的形式发送信息到某个目标组，这个目标组称为组播组，这样在有源主机向多点目标主机发送信息需求时，源主机只发送一份数据，数据的目的地址是组播组地址，这样，凡是属于该组的成员，都可以接收到一份源主机发送的数据的拷贝，此组播方式下，只有真正信息需要的成员会收到信息，其他主机不会收到。因此组播方式解决了单播情况下数据的重复拷贝及带宽的重复占用，也解决了广播方式下带宽资源的浪费。

全光组播技术：实现全光组播主要有两种技术，一是基于光分束的组播技术，二是基于光混频的组播技术。前者主要利用光分束器等无源器件，具备较高的插入损耗，且体积较为庞大，不利于集成应用。相比之下，基于光混频的组播技术主要利用非线性介质实现波长转换，具有低噪声、高速率、低损耗等优点。

模分复用技术：为应对传统单模光纤系统的传输容量瓶颈问题，开发单根光纤中的模式维度，即利用一根光纤支持多个正交空间模式。

模式组播技术：模式组播技术是指将一根光纤中特定空间模式上携带的数据信息同时传送到其他不同的空间模式上。因此除了时间域和波长域，在光网络中又增加了一维解决数据突发竞争的空间，即空间域。当输出端发生竞争时，利用模式转换器将受阻的数据突发转换到其他空闲的空间模式上再送出，进而解决资源竞争问题。模式组播方案灵活性高且时延较小，能保持数据突发原有的最优路径，利于提高网络吞吐量。

波长转换技术：波长转换技术是指将一根光纤中特定波长上携带的数据信息转换到其他波长上。在模分复用光网络中，实现数据在空间模式维度上的转换，需要消除波长转换，以避免冲突。

实施例

本实施例提出了一种无寄生波长转换的全光模式组播系统。请参阅图1，包括依次连接的信号源模块、泵浦源模块、模式转换模块和数据接收处理模块；

所述信号源模块用于提供参与模间四波混频的信号光，包括第一可调谐激光器、信号发生器、电光调制器和第一偏振控制器；所述第一可调谐激光器用于提供承载电域数据信号的光载波；所述信号发生器用于提供电域数据信号；所述电光调制器用于将电域数据信号调制到光载波上，形成信号光；所述第一偏振控制器用于调整信号光的偏振态；

所述泵浦源模块用于提供参与模间四波混频的第一模式泵浦光、第二模式泵浦光，包括第二可调谐激光器、光放大器、第一滤波器、第二偏振控制器；所述第二可调谐激光器用于提供参与模式组播的第一模式泵浦光、第二模式泵浦光；所述光放大器用于为第一模式泵浦光、第二模式泵浦光提供光功率放大；所述第一滤波器用于滤除第一模式泵浦光、第二模式泵浦光的自发辐射噪声；所述第二偏振控制器用于对第一模式泵浦光、第二模式泵浦光进行偏振态调整；

所述模式转换模块用于将信号光携带的数据信息复制到闲频光，包括偏振保持耦合器、第三偏振控制器、第一模式激励器件、第二模式激励器件和少模光纤；所述偏振保持耦合器用于以偏振保持的方式耦合信号光和第一模式泵浦光；所述第三偏振控制器用于调整信号光和第二模式泵浦光的偏振态；所述第一模式激励器件用于激励少模光纤中参与四波混频的信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光的空间模式；所述少模光纤用于承载经过第一模式激励器件的信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光，信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光之间在少模光纤中发生模间四波混频作用，产生闲频光；所述第二模式激励器件用于实现少模光纤中信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光、闲频光空间模式的解复用；

所述数据接收处理模块作为接收端，包括第二滤波器；所述第二滤波器用于对经过第二模式激励器件后的信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光、闲频光进行波长过滤，得到预设空间模式及预设波长下的信号光和闲频光，滤除第一模式泵浦光、第二模式泵浦光。

本发明中泵浦源模块用于发出一定空间模式的泵浦光，泵浦光数量不少于两条。

作为优选的技术方案，本实施例中，所述信号发生器为任意波形发生器。

作为优选的技术方案，本实施例中，所述光放大器采用掺铒光纤放大器。

作为优选的技术方案，本实施例中，所述第一滤波器、第二滤波器均为可调谐带通滤波器，所述可调谐带通滤波器用于波长筛选，按照预设的波长区间进行输出。

作为优选的技术方案，本实施例中，所述数据接收处理模块还包括集成相干接收机，集成相干接收机连接于第二滤波器之后，所述集成相干接收机用于对预设空间模式及预设波长下的信号光和闲频光进行相干解调。

作为优选的技术方案，本实施例中，所述信号光和第一模式泵浦光处于同一空间模式。

作为优选的技术方案，本实施例中，所述少模光纤为1550nm波段少模光纤，支持的模式数目大于2个模式，长度大于20m。

下面对本发明实施例提供的无寄生波长转换的全光模式组播方法进行介绍，下文描述的无寄生波长转换的全光模式组播方法与上文描述的无寄生波长转换的全光模式组播系统可以相互参照。

一种无寄生波长转换的全光模式组播方法，包括以下步骤：

步骤1：利用信号发生器产生电域数据信号，第一可调谐激光器提供承载电域数据信号的光载波，电光调制器将电域数据信号调制到光载波上，形成信号光；第一偏振控制器调整信号光的偏振态；

步骤2：信号光经第一偏振控制器进行偏振态调整后，与位于同一模式的第一模式泵浦光经偏振保持耦合器耦合到第一模式激励器件中；

步骤3：第二可调谐激光器提供参与模式组播的第一模式泵浦光、第二模式泵浦光，第一模式泵浦光、第二模式泵浦光分别经过光放大器、第一滤波器、第二偏振控制器依次进行光功率放大、自发辐射噪声抑制和偏振态调整，传输到第一模式激励器件对应的模式输入端；第一模式激励器件将信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光耦合到少模光纤；

步骤4：根据信号光的波长设置第一模式泵浦光、第二模式泵浦光的光功率和工作波长，利用第三偏振控制器调整信号光、第一模式泵浦光的偏振态，最大化模式组播效率；经过第一模式激励器件后的信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光通过少模光纤进行信号传输，利用少模光纤中的四波混频效应实现模式转换，产生闲频光；将光信号的空间模式上所携带的数据信息转移到闲频光；

步骤5：信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光、闲频光利用第二模式激励器件、第二滤波器分别进行模式解复用、波长过滤，得到预设空间模式及预设波长下的信号光和闲频光，滤除第一模式泵浦光、第二模式泵浦光，实现无寄生波长转换的全光模式组播。

本发明通过设置参与模间四波混频过程的各路光的工作波长，将位于一个空间模式的输入信号复制到多个不同的空间模式信道中。

作为优选的技术方案，本实施例中，步骤3之后还包括：

通过模分复用系统中的模式相关群时延特性，测量少模光纤中的空间模式随工作波长变化的相对群时延，绘制空间模式随工作波长变化的相对群时延曲线，确定少模光纤各模式之间的相对群时延取值相等时的工作波长点；

如图2所示，根据参与模间四波混频的第一模式泵浦光、第二模式泵浦光的工作波长和所处的空间模式确定参与模式组播对应的空间模式。

作为优选的技术方案，本实施例中，位于第一空间模式的信号光和位于第二空间模式的泵浦光在少模光纤中发生模间四波混频作用，将信号光承载的数据信息复制到位于其他空间模式的闲频光，完成数据信息在不同空间模式上的组播，且信号光与闲频光的工作波长保持不变。

作为优选的技术方案，本实施例中，步骤5，之后还包括：

利用集成相干接收机对预设空间模式及预设波长下的信号光和闲频光进行相干解调，实现电域数据接收与恢复。

本实施例中，第一模式泵浦光、第二模式泵浦光由泵浦源模块输出，泵浦源模块采用可调谐激光器2-4。可调谐激光器2-4可以采用外腔可调谐激光器(ECDL)。所述模式组播需求为：第一模式泵浦光、第二模式泵浦光分别位于不同的空间模式，在全光模式组播系统中将位于一个空间模式的数据信息复制到其他不同的空间模式。

实施例2

如图2至图4所示，对本发明实施例中提供的无寄生波长转换的全光模式组播系统的应用场景做进一步说明，具体如下：

泵浦源模块搭载三个可调谐激光器，分别为可调谐激光器2、可调谐激光3和可调谐激光4。

参与模式组播的空间模式分别设为LP₀₁模（即基模LP₀₁模式）、LP_11a模和LP_11b模；组播的波长为1544.3 nm；组播过程使用的少模光纤为支持LP₀₁模、LP_11a模和LP_11b模的少模光纤，通过飞行时间法表征获得少模光纤中空间模式随工作波长变化的相对逆群时延曲线如图3所示，所使用少模光纤的长度为150 m；组播过程利用的模间四波混频过程为模间相位共轭过程。

如图4所示，搭建无寄生波长转换的全光模式组播系统。可调谐激光器1（即可调谐激光器，作为光源）的输出用于为电域数据信号提供光载波，可调谐激光器2、可调谐激光3和可调谐激光4的输出分别对应泵浦光1（第一模式泵浦光）、泵浦光2（第二模式泵浦光）和泵浦光3（第三模式泵浦光）。第一模式泵浦光、第二模式泵浦光、第三模式泵浦光分别位于不同的空间模式，在全光模式组播系统中用于将位于一个空间模式的数据信息复制到对应不同的空间模式。

信号发生器产生电域数据信号，电域数据信号经电光调制器变换到光域，形成信号光。信号光经第一偏振控制器进行偏振态调整后，与位于同一模式的泵浦光经1:9偏振保持耦合器耦合到第一模式激励器件1（即第一模式激励器件）中，激励出少模光纤中的LP_11a模式（即激励参与四波混频的空间模式）。泵浦光1、泵浦光2和泵浦光3分别经掺铒光纤放大器、第一可调谐带通滤波器和第二偏振控制器进行光功率放大、自发辐射噪声抑制和偏振态调整，耦合到第一模式激励器件1对应的模式输入端，分别激励出少模光纤的LP_11a模、LP_11b模和LP₀₁模（分别对应第一模式、第二模式和第三模式）。少模光纤的输出端连接模式激励器件2，模式激励器件2用于选择输出少模光纤中任意一个空间模式，实现少模光纤中各空间模式的解复用。

根据图3所示的各模式对应的相对群时延特性，LP₀₁模和LP_11b模的相对逆群时延曲线交点的工作波长为1550.1 nm，LP_11a模的相对逆群时延曲线与LP_11b模的相对逆群时延曲线平行；当LP_11a模工作波长在1538.1 nm时，LP_11a模、LP₀₁模和LP_11b模具有相同的相对逆群时延，可以实现无寄生波长转换的3模式组播。

当信号光工作波长在1544.3 nm，为实现电域数据信号从LP_11a模复制到LP₀₁模和LP_11b模，同时保持模式组播波长不变，根据各模式对应的群时延特性，设置泵浦光1工作波长在1532.37 nm，泵浦光2和泵浦光3工作波长在1556.2 nm。设置注入泵浦光1、泵浦光2和泵浦光3的光功率分别为4.5 W，同时利用第三偏振控制器调整信号光、第一模式泵浦光的偏振态，最大化模式组播效率。在接收端，利用第二可调谐带通滤波器过滤预设空间模式的闲频光，经集成相干接收机进行相干解调，实现电域数据信号的接收与恢复。

本发明通过设置信号光、泵浦光的工作波长和光功率，实现数据信息承载的空间模式由LP_11a模变换到LP₀₁模和LP_11b模，完成数据信息的空间模式组播，对应各空间模式的组播效率光谱图如图5所示。由图5可得，LP₀₁模、LP_11a模和LP_11b模的组播效率分别为45.34 dB、42.35 dB 和42.25 dB，对应各空间模式的组播带宽约为0.37 nm，信号光与闲频光在组播前后的工作波长保持一致，实现了无寄生波长转换的全光模式组播。

本发明合理设置参与模间四波混频的信号光、泵浦光的工作波长和光功率，消除模式转换过程中伴随的寄生波长转换，将光组播技术从波长维度变换到空间模式维度，对应的模式组播的原理图如图2所示。其中，图2（a）展示了在无寄生波长转换的全光模式组播过程中，参与模间四波混频的各路光对应的工作波长关系；图2（b）为无寄生波长转换的全光模式组播示意图。由图2（a）和图2（b）看出，通过在特定波长、特定模式注入泵浦光，位于一个空间模式的信号光所携带的数据信息可以被复制到位于其他空间模式的闲频光，并且在该过程中，承载数据信息的光波长保持不变，即利用模间四波混频过程实现空间模式维度上的光组播。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无寄生波长转换的全光模式组播系统，其特征在于，包括依次连接的信号源模块、泵浦源模块、模式转换模块和数据接收处理模块；

所述信号源模块用于提供参与模间四波混频的信号光，包括第一可调谐激光器、信号发生器、电光调制器和第一偏振控制器；所述第一可调谐激光器用于提供承载电域数据信号的光载波；所述信号发生器用于提供电域数据信号；所述电光调制器用于将电域数据信号调制到光载波上，形成信号光；所述第一偏振控制器用于调整信号光的偏振态；

所述泵浦源模块用于提供参与模间四波混频的第一模式泵浦光、第二模式泵浦光，包括第二可调谐激光器、光放大器、第一滤波器、第二偏振控制器；所述第二可调谐激光器用于提供参与模式组播的第一模式泵浦光、第二模式泵浦光；所述光放大器用于为第一模式泵浦光、第二模式泵浦光提供光功率放大；所述第一滤波器用于滤除第一模式泵浦光、第二模式泵浦光的自发辐射噪声；所述第二偏振控制器用于对第一模式泵浦光、第二模式泵浦光进行偏振态调整；

所述模式转换模块用于将信号光携带的数据信息复制到闲频光，包括偏振保持耦合器、第三偏振控制器、第一模式激励器件、第二模式激励器件和少模光纤；所述偏振保持耦合器用于以偏振保持的方式耦合信号光和第一模式泵浦光；所述第三偏振控制器用于调整信号光和第二模式泵浦光的偏振态；所述第一模式激励器件用于激励少模光纤中参与四波混频的信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光的空间模式；所述少模光纤用于承载经过第一模式激励器件的信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光，信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光之间在少模光纤中发生模间四波混频作用，产生闲频光；所述第二模式激励器件用于实现少模光纤中信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光、闲频光空间模式的解复用；

所述数据接收处理模块作为接收端，包括第二滤波器；所述第二滤波器用于对经过第二模式激励器件后的信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光、闲频光进行波长过滤，得到预设空间模式及预设波长下的信号光和闲频光，滤除第一模式泵浦光、第二模式泵浦光。

2.根据权利要求1所述一种无寄生波长转换的全光模式组播系统，其特征在于，所述信号发生器为任意波形发生器。

3.根据权利要求1所述一种无寄生波长转换的全光模式组播系统，其特征在于，所述光放大器采用掺铒光纤放大器。

4.根据权利要求1所述一种无寄生波长转换的全光模式组播系统，其特征在于，所述第一滤波器、第二滤波器均为可调谐带通滤波器。

5.根据权利要求1所述一种无寄生波长转换的全光模式组播系统，其特征在于，所述数据接收处理模块还包括集成相干接收机，所述集成相干接收机用于对预设空间模式及预设波长下的信号光和闲频光进行相干解调。

6.根据权利要求1所述一种无寄生波长转换的全光模式组播系统，其特征在于，所述信号光和第一模式泵浦光处于同一空间模式。

7.根据权利要求6所述一种无寄生波长转换的全光模式组播系统，其特征在于，所述少模光纤为1550nm波段少模光纤，支持的模式数目大于2个模式，长度大于20m。

8.一种无寄生波长转换的全光模式组播方法，使用上述权利要求1~7任一项所述无寄生波长转换的全光模式组播系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：利用信号发生器产生电域数据信号，第一可调谐激光器提供承载电域数据信号的光载波，电光调制器将电域数据信号调制到光载波上，形成信号光；第一偏振控制器调整信号光的偏振态；

步骤2：信号光经第一偏振控制器进行偏振态调整后，与位于同一模式的第一模式泵浦光经偏振保持耦合器耦合到第一模式激励器件中；

步骤3：第二可调谐激光器提供参与模式组播的第一模式泵浦光、第二模式泵浦光，第一模式泵浦光、第二模式泵浦光分别经过光放大器、第一滤波器、第二偏振控制器依次进行光功率放大、自发辐射噪声抑制和偏振态调整，传输到第一模式激励器件对应的模式输入端；第一模式激励器件将信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光耦合到少模光纤；

步骤4：根据信号光的波长设置第一模式泵浦光、第二模式泵浦光的光功率和工作波长，利用第三偏振控制器调整信号光、第一模式泵浦光的偏振态，最大化模式组播效率；经过第一模式激励器件后的信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光通过少模光纤进行信号传输，利用少模光纤中的四波混频效应实现模式转换，产生闲频光；

步骤5：信号光、第一模式泵浦光、第二模式泵浦光、闲频光利用第二模式激励器件、第二滤波器分别进行模式解复用、波长过滤，得到预设空间模式及预设波长下的信号光和闲频光，滤除第一模式泵浦光、第二模式泵浦光，实现无寄生波长转换的全光模式组播。

9.根据权利要求8所述一种无寄生波长转换的全光模式组播方法，其特征在于，步骤3之后还包括：

测量少模光纤中的空间模式随工作波长变化的相对群时延，绘制各个空间模式随工作波长变化的相对群时延曲线，确定少模光纤各模式之间的相对群时延取值相等时的工作波长点；

根据参与模间四波混频的第一模式泵浦光、第二模式泵浦光的工作波长和所处的空间模式确定参与模式组播对应的空间模式。

10.根据权利要求7所述一种无寄生波长转换的全光模式组播方法，其特征在于，步骤5，之后还包括：

利用集成相干接收机对预设空间模式及预设波长下的信号光和闲频光进行相干解调，实现电域数据接收与恢复。