[發明專利]光通信方法和系統

有效

• 申請號: 201680051906.3
• 申請日: 2016-08-05
• 公開（公告）號: CN109219934B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 安德魯·福爾貝斯;安哥拉·達德利;卡梅洛·瓜達盧佩·羅薩萊斯·古斯曼
• 申請（專利權）人: 約翰內斯堡威特沃特斯蘭德大學;CSIR公司
• 主分類號: H04J14/00
• 分類號: H04J14/00;H04J14/02;H04J14/04
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 唐京橋;楊林森

本發明涉及光通信方法和系統。具體地，本發明涉及被配置成從入射光束創建復用光束的光通信方法和系統，其中，復用光束包括以獨立于波長的方式同時生成和復用在一起的預定數量的空間模式。空間模式具有兩個空間自由度。復用光束在通信系統中以獨立于波長的同時方式在其復用下游被解復用以產生預定數量的空間模式。模式在光通信中被用作信道或用作比特編(解)碼方案中的比特。

技術領域

本發明涉及光通信方法和系統，具體地涉及用于增加光通信帶寬的方法和系統。

背景技術

光通信網絡中全球數據業務量的日益增長造成帶寬“容量危機(capacitycrunch)”的風險。通過使用復用技術例如偏振分割復用(PDM)和波分復用(WDM)已經實現了網絡傳輸容量的顯著改進。然而，這些技術未來仍可能無法滿足全球帶寬容量需求。

一種技術，空分復用(SDM)，具體地模分復用(MDM)，由于其可能應對光傳輸系統中巨大的容量需求的能力而在光通信領域獲得了相當大的關注。在基于MDM的通信系統中，正交模式基(orthogonal modal basis)中的每個空間模式可以用作獨立的信息載體，這使光纖或自由空間光學中的總容量通過等于所用模式的數量的因子增加了幾個數量級。

一些MDM系統已經使用雙偏振的6個線性偏振模式通過少模光纖在74.17km的傳播上實現了41.6Tb/s的傳輸容量。在自由空間通信中，一些系統使用4個軌道角動量(OAM)報告了2.56Tb/s的比特率和95.7b/s/Hz的頻譜效率。此外，還在自由空間光鏈路上使用具有多個OAM和相同較高徑向級的4個拉蓋爾高斯模式實現了400Gbit/s傳輸容量。OAM是光數據通信的特定模式基。由于前面提到的帶寬實現，OAM由于其光學性質以及易于使用純相位光學元件來檢測而成為很多情況下的首選模式。

然而，通過考慮OAM復用自由空間光學(FSO)鏈路中大氣湍流和串擾以及系統誤碼率(BER)的影響，至少在實驗上已經表明，湍流引起的信號衰落將顯著惡化鏈路性能并且可能在強湍流中導致鏈路中斷。此外，OAM沒有充分利用MDM的潛力，因為其不過是拉蓋爾高斯(LG)光束的全部空間的子空間。

本發明的目的是解決常規MDM光通信系統的缺點或提供MDM技術的至少一種替代形式用于增加光通信帶寬。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供了一種光通信方法，包括：

接收具有一個或更多個波長的至少一個入射光束；

使用第一光學元件作用于所接收到的入射光束來以獨立于入射光束的一個或更多個波長的方式創建單個復用光束，單個復用光束包括入射光束的每一個或更多個波長的預定數量的空間模式的復用，其中，預定數量的空間模式中的每一個具有至少兩個空間自由度；以及

將復用光束用于光通信，其中，空間模式被用作載波和比特編碼方案中的比特中的一者或兩者。

應當理解的是，可以與入射光束的一個或更多個波長無關地生成空間模式。

該方法可以包括使用第一光學元件作用于單個入射光束以：

創建預定數量的空間模式，每個空間模式具有兩個空間自由度，其中，兩個空間自由度是空間模型中的兩個自由度；以及

在空間模式的創建期間向空間模式中的每一個應用相位梯度來產生光柵；以及

僅使用第一衍射級用于創建預定數量的空間模式。該方法可以包括復用第一衍射級以形成復用光束。應用相位梯度可以包括向每個模式應用線性光柵。

該方法可以包括從包括笛卡爾對稱(Cartesian symmetry)中拉蓋爾高斯光束的徑向指數和角向指數以及厄米-高斯光束的X軸指數和Y軸指數的組中選擇兩個空間自由度。應當理解的是，具有兩個空間自由度的其他光束可以用作空間模式。