基於光纖模式復用的多維度傳輸理論及技術研究

《基於光纖模式復用的多維度傳輸理論及技術研究》是依託北京郵電大學，由忻向軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於光纖模式復用的多維度傳輸理論及技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：忻向軍
• 依託單位：北京郵電大學

項目摘要

光場模式復用作為一種有效提升光譜效率、增加光通信傳輸容量的新方案，正逐漸受到學術界的高度關注。若能在光纖中使兩個甚至多個模式分別承載信息，各模式互無干擾，近乎獨立地在同一光纖中獨立進行傳輸，則可大幅度提升單纖容量，這將是光纖通信中繼密集波分復用之後的又一場質變。本項目將對如下內容進行重點研究：模式選擇性激發及多模式耦合的相關理論，基於矽基液晶和光柵的物理特性研究模式轉換的機理，長距離多模光纖傳輸鏈路中模間交叉作用的理論模型，降低模式交叉噪聲補償模間色散損傷的MDM-MIMO信號處理算法，最終構建基於高階調製格式、密集波分復用、偏振復用與模式復用多維度復用相結合的驗證系統。通過以上創新性理論研究工作和科學實驗工作，擬在模式選擇性激發、高低階模相互轉換、補償模間色散的高速數位訊號處理模組、多模光纖模式復用系統等方面實現突破，預期成果可為未來多維度復用光纖通信系統套用奠定一定基礎。

結題摘要

本項目對基於光纖模式復用的多維度傳輸理論及技術進行了深入研究，在對模式轉換和耦合的關鍵技術研究分析的基礎上，建立了低階模與高階模之間相互轉化與耦合理論，實現模式轉化過程中的模式分布及能量的精確預測。設計了一種新型多階躍少模光纖，提出並驗證了用正負模式色散光纖改善傳輸性能的方法。深入研究少模光纖信道模型，發現鏈路的彎折、光纖折射率等隨機擾動會使原本的正交模式耦合，因此提出基於非均勻模場分布的少模多芯光纖信道建模方案，以及將芯間耦合器和模間耦合器串聯的少模多芯傳輸系統MIMO均衡器。在模場分布和光線傳播基本理論的研究分析基礎上，針對多模多芯光纖提出了基於矩陣變化的MIMO均衡方案，研究表明本項目提出的均衡方法能降低均衡器複雜度，有效抑制串擾。基於對少模、多模光纖傳輸模型以及MIMO均衡算法的研究成果，建立了包含衰減、色度色散及模間交叉作用的完整的少模光纖模式復用系統，建立基於新型矩陣變換的9×9模式復用系統鏈路仿真模型，提出並驗證利用注水算法提升系統容量的方法，對建模進行完善。搭建基於七芯光纖的光傳輸系統實驗平台，完成了距離為58.7km的大容量長距離T比特DS傳輸實驗，驗證了上述理論模型以及均衡算法的正確性，為未來進一步提高光通信系統性能奠定了堅實的基礎。在此研究基礎上，課題組發表了19篇高水平學術論文，其中被SCI檢索11篇，被EI檢索8篇，申請5項國內發明專利，培養了6名博士生和9名碩士生。