[發明專利]一種基于空間頻譜濾波的模式轉換中頻譜模場半徑匹配方法

有效

• 申請號: 201410072440.8
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103812598A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 蘭名滎;喻松;高立;聶松;蔡善勇;馬晨星;齊曉莉;杜智超;顧畹儀
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04J14/04
• 分類號: H04J14/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及空分復用光纖通信系統領域，更具體的說，涉及一種適用于模分復用光纖通信系統的任意模式轉換方法。

背景技術

模分復用技術，作為一種空分復用技術，是基于模式之間的正交性，將不同的模式作為獨立的信道承載不同的信息，并復用在同一根光纖中傳輸的技術。從傳輸容量的角度來講，模分復用技術與WDM技術一樣，是在單根光纖中存在M個并行信道，將傳輸的容量擴展M倍，極大提高頻譜利用率，有可能滿足未來網絡容量的需求。因此通過增加了空間這一新的物理維度，模分復用技術成為大幅增加光通信容量的最有前景的方法之一，被認為是光纖通信領域中的第二次革命，是目前國際上光通信領域的前沿研究熱點。

模式轉換將廣泛應用于模分復用光纖通信系統，如模式復用前基模到高階模的轉換、解復用后高階模到基模的轉換及模分復用光網絡核心交換節點等。在模分復用的光網絡中，不同的模式作為獨立信道承載不同的信息，因此，在光網絡核心節點進行路由交換時，需要進行不同模式間的數據交換，任意模式之間轉換的方法必不可少。

目前模式轉換主要有空間光路型和光纖波導型兩種實現方式，但主要集中在從基模到高階模和從高階模到基模的模式轉換方法，而任意模式間的轉換方法尚處在研究中。

發明內容

本發明的目的在于針對模分復用光纖通信系統，基于空間頻譜濾波的原理，提出一種支持任意模式轉換的方法。本發明利用相位型空間光調制器構建了模式轉換光學系統，基于空間頻譜濾波的原理分析了兩個模式間能轉換的條件，從理論上建立了基于空間頻譜濾波的任意模式間轉換的傳遞函數模型，提出了變換平面空間域的模場束腰半徑與不同模式的模場分布間的匹配條件，得到了一種任意模式轉換方法。

本發明通過理論上分析模式傳遞函數，在4f系統中精心設計空間光調制器的傳遞函數以及兩個透鏡的焦距關系，實現輸入為任意模式情況下的模式轉換。

本發明在實現過程中，具體包括：

根據本發明，關鍵是求解輸入為任意模式情況下的模式轉換傳遞函數。本方法首先從空間域、空間頻率域和變換平面空間域分析了待轉換模式和目標模式的模場分布特征，進而通過變換平面空間域的模場束腰半徑自適應不同模式模場半徑，從而得到變換平面空間域模場分布匹配原理，提出了變換平面空間域的模場束腰半徑與不同模式的模場分布間的匹配條件及待轉換模式和目標模式的模場半徑匹配解析方法。

附圖說明

通過下面結合附圖進行的對實施例的描述，本發明的上述和/或其他目的和優點將會變得更加清楚，其中：

圖1示出空間頻譜濾波系統框圖；

圖2示出基于空間濾波的模式轉換三個域關系；

圖3示出4f系統的傅里葉變換分析圖；

圖4示出（a）待轉換模式與目標模式頻譜帶寬匹配間關系原理（b）轉換結果影響實例；

圖5示出模場頻譜帶寬匹配后的轉換結果圖；

圖6示出基模轉換為高階模歸一化相關系數；

圖7示出高階模轉換為基模歸一化相關系數；

圖8示出任意模式轉換歸一化相關系數。

具體實施方式

通過參照下面對示例性的非限定性的實施例和附圖的詳細描述，本發明的優點和特征以及實現本發明的方法可更易于理解。然而，本發明可以以多種不同的形式來實施，而不應被解釋為受限于在此闡釋的實施例。此外，提供這些實施例從而該公開將是徹底的和完全的，并將完整地將本發明的構思傳達給本領域技術人員，本發明將僅由所附權利要求定義。在說明書中，相同的標號始終指示相同的部件。

下面將結合附圖對本發明的實施方式進行詳細描述。

圖1示意性示出了空間頻譜濾波系統框圖。本發明基于空間頻譜濾波的方法，設計模式轉換空間濾波器，實現待轉換模式到目標模式的轉換。空間頻譜濾波系統將待轉換模式u_i輸入，經過焦距為d₁的透鏡實現第一次傅立葉變換，得到其空間頻譜U_i：

U_i(f_x,f_y)＝F[u_i(x,y)],(1)

設空間濾波器的傳遞函數為H(f_x,f_y)，U_i經過空間濾波器后，能夠改變待轉換模式的頻譜，得到新的頻譜U_o：