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1、模分复用光通信技术及解决方案第十组成员：唐起超彭帅叶宗刚目录1.模分复用光通信技术研究的意义2.模式复用及模分复用传输系统3.模分复用解决方案4.总结与展望1.模分复用光通信技术研究的意义Shannon公式理论也指出了SMF系统在通信系统容量方面不可能无限制的增长下去,它是有一个极限值存在的,通过文献可知，对通信系统的通信容量的要求越来越大,渐渐的逼近了SMF通信系统通信容量的极限,SMF通信系统已经无法满足通信的需要,于是产生了在一个空间正交的模式中在增加一个自由度的概念,这一方案的提出,大大提高了通信系统的最大传输容量,这种技术就是模分
2、复用技术。MDM系统之所以受到特别的关注,是因为它可以大大增加每根光纤纤芯传输信号的数量。模分复用传输系统以不同模式为信息载体，以少模光纤为传输链路，采用多输入多输出结构，尚有许多关键的科学问题函需研究解决，诸如少模光纤传输链路中的随机模式藕合对发送信号和系统性能的影响以及各种关键设备(模式转换器、模式复用器和解复用器、少模光纤放大器等)的内在机理及设计等。在深入了解模分复用的背景意义、掌握模分复用原理、研究模分复用结构模型的基础上,设计一种高传输容量、结构简单、可靠的模分复用器。这种模分复用器应该尽量具备以下特点:1)结构简单有效,便于对
3、系统模型进行理论分析与研究,有助于使用仿真语言进行仿真。2)高耦合效率,这是衡量一个耦合器性能的主要指标,直接决定一个耦合器性能的好坏。3)低信道串扰,只有保证传输藕合进入的各个信道之间的信号具有较低信道串扰,才能保证信号准确无误的被接收端解复用,进行处理。MDM研究目的2.模分复用传输系统模分复用传输系统是在1根少模光纤中存在D个并行信道，这样就将传输的容量扩展了D倍。由于不同的信道属于不同模式，这样在同等传输容量的条件下，非线性效应的影响要小的多，这样就减小了由于非线性效应导致的信噪比恶化。LP模的简介线极化(LinearlyPolar
4、izedLP)模是D.Glogy在1971年提出来的光纤传输模式。。LP模具有横向场(x,y)极化方向不变的特点，可以认为它是线性偏振模，用LPmn来表示，下标m,n的值表示各模式的场型特征，其中，m表示沿圆周方向上模斑点数的一半，n表示沿半径方向除了i=0处的模斑的个数。这里，模斑的个数其实就是光场的极值个数。LPmn模式的传播常数为模分复用中的光纤模式及其表达方式归一化频率V与归一化传播常数B之间的关系如图当光纤尺寸增大到其V参数大于2.4048时,光纤就可以传导下一个高阶模式即LP11模。类似的,当光纤尺寸增大到其V参数大于3.8时,
5、光纤中可以同时传输4个LP模——基模LP01和高阶模LP11,LP21和LP02模。下表给出了较低阶的LP模和其对应的矢量模的名称、简并度和截止及远离截止两种情况下横向参数U的值。9模分复用传输系统的组成模式转换器在MDM传输系统中，为实现不同模式之间的信息交换，需要实现高效率的模式转换。另外，当传输发生畸变之后，也需要通过模式转换实现模式的校正。模式转换是在发送端将基模LP01模转换为其他高阶模式。当前的模式转换技术以光纤光栅的机械式挤压方式为主，存在转换效率低、转换速度慢以及只能在少数几个低阶模之间转换等问题。实验中还采用相位板实现各模
6、式之间的转换。下面阐述一下目前采用的几种主要方法:机械压力光栅(MechanicalPressureGrating,MPG)法长周期光纤布拉格光栅法相位板法1、机械压力光栅(MechanicalPressureGrating,MPG)法1984年，斯坦福大学提出通过两模光纤挤压金属光栅原理来进行模式转换。这种方法可以使两模光纤中LP01模和LP11模相互完全转换或部分转换。2011年，墨尔本大学在4.5km两模双极化传输实验中用此方法实现模式转换，并且同时完成了模式的复用和解复用。2011年，NTT公司和北海道大学采用长周期光纤布拉格光栅实
7、现基模LP01模向第一高阶模LP11的转换。该方法通过设计光栅的周期n，使基模LP01,模通过光栅后可以激发出第一高阶模LP11模。如图2、长周期光纤布拉格光栅(Long-PeriodFiberBraggGrating,LPFBG)法2011年，Alcatel-LucentBell实验室和Prysmian/Draka首次实现了五个模式的模分复用传输，其中模式转换，是通过相位板实现的.3、相位板(PhasePlate)法基于光纤结构的模分复用基于空间光学元件的模分复用两大解决类型3.模分复用解决方案1.多芯光纤结构模分复用器通过多芯光纤来将入
8、射光场分布模拟为MMF中要激发的高阶模式的光场分布,可以认为每一模式就是一个独立的传输信道,从而实现模分复用,数倍的提高光纤传输系统的传输容量,具体解决方案如图:一个相位控制器和
