[發明專利]一種模式和空間光交換的方法和裝置

有效

• 申請號: 201610961971.1
• 申請日: 2016-11-04
• 公開（公告）號: CN106569329B
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 王健;劉俊
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

本發明公開了一種模式和空間光交換的方法和裝置，該方法輸入多路光場經過模式交換、空間交換、模式和空間交換傳遞函數的變換操作對應實現模式光交換、空間光交換以及模式和空間同時光交換。該裝置包括N個端口的輸入模塊和輸出模塊，以及帶N個模式和空間光交換單元的光交換模塊。每個模式和空間光交換單元分別對每個輸入模塊的一個端口單獨進行變換操作，對應輸出模塊的一個端口輸出。本發明適用于呈不同空間位置排列且具有相同或者不同光場模式的多路光場，能與自由空間、單、少、多模光纖、多芯光纖、少/多模?多芯光纖、高折射率環形光纖/空氣芯光纖/光子晶體光纖等軌道角動量光纖所構建的光通信系統充分兼容，具有可兼容性。

技術領域

本發明屬于光通信和信息光學領域，涉及一種模式和空間光交換的方法和裝置。

背景技術

在經濟全球化和全球信息化加速發展的背景下，互聯網服務己逐漸成為現代服務業重要的組成部分，并成為世界經濟和社會發展的重要推動力量。云服務作為下一代互聯網服務的主流模式，將網絡中的各種資源調動起來，為用戶提供個性化、低成本的高效服務，成為未來互聯網的重要發展趨勢，也將成為現代服務業的核心。云服務正在讓網絡越來越多的扮演著分布式計算機接口的角色，這類型應用所需的網絡帶寬和數據處理能力是極大的。根據目前的發展速度，整個網絡的容量將在未來十年至少提升100倍，而同期常規單模光纖通信系統容量的提升將會落后網絡流量增速一個數量級。因此，如何可持續提高通信系統容量，以應對不斷增長的容量需求，已成為了光通信亟待解決的關鍵問題。所有的光通信技術追根溯源都是圍繞光波的維度資源展開，光波的基本維度資源包括幅度、相位、頻率/波長、偏振、時間和橫向空間分布。提升通信容量的各種復用技術和先進高級調制技術正是對光波的幅度、相位、頻率/波長、偏振和時間維度資源的充分利用，但隨著這些熟知光波維度資源被開發殆盡，光通信開始顯現“新容量危機”。為了進一步提高光通信系統的容量，空分復用技術(Space-Division Multiplexing，SDM)在國內外引起了廣泛關注。空分復用技術利用光子的空間維度，包括基于多模光纖或少模光纖的模分復用技術和基于多芯光纖的芯分復用技術。模分復用技術是指將不同的正交空間模式作為不同的傳輸信道，從而實現空間復用的技術。芯分復用是指空間上不同位置纖芯之間的復用，不同纖芯之間能量耦合很小，能保證穩定傳輸。類似在光通信發展過程中獲得重大成功的波分復用(不同波長取值多樣且正交)技術，空分復用技術作為一種全新的光纖中的信道復用技術也能有效提高光通信的通信容量。

同時，更大的數據量意味著更多的信息交互，因此，也迫切需要研究和發展新型大容量，高可靠度，低功耗，靈活開放的光交換技術。在波分復用系統中，波長選擇開光已經廣泛應用來實現信息交換，但是在空分復用系統中，類似作用的開關卻很少。因此，在空分復用系統中，實現模式選擇和空間選擇開光是非常有必要的。

發明內容

本發明提供一種模式和空間光交換的方法和裝置，目的在于在空分復用系統中實現信息交換，目標是構建并實現高可靠度，低功耗，靈活開放的模式和空間光交換，以便擴展和完善空分復用系統應用范圍，通過空分復用技術進一步提高通信系統的容量。

本發明提供的一種模式和空間光交換的方法，其特征在于，輸入多路光場位于不同空間位置，其具有相同或不同光場模式，經過模式和空間光交換傳遞函數的變換操作之后，輸出多路光場；當傳遞函數僅實現模式交換時，所述輸出多路光場相對于輸入多路光場僅發生光場模式交換，不發生空間位置交換；當傳遞函數僅實現空間交換時，所述輸出多路光場相對于輸入多路光場不發生光場模式交換，僅發生空間位置交換；當傳遞函數同時實現模式和空間交換時，輸出多路光場相對于輸入多路光場能夠同時發生光場模式交換和空間位置交換。

作為上述技術方案的改進，所述輸入多路光場經過空間光交換之后，再分別經過波前矯正的傳遞函數的變換操作對偏轉進行矯正，使輸出多路光場與原來輸入多路光場傳播方向平行，輸出多路光場和輸入多路光場保持平行能夠實現該模式和空間光交換方法具有可級聯性，即平行輸出的多路光場能夠繼續作為下一級模式和空間光交換的輸入多路光場。