模分復用光纖通信系統中模式激勵與模式轉換的研究

《模分復用光纖通信系統中模式激勵與模式轉換的研究》是依託北京郵電大學，由顧畹儀擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：模分復用光纖通信系統中模式激勵與模式轉換的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：顧畹儀
• 依託單位：北京郵電大學

項目摘要

模分復用在光纖通信系統中增加了一維新的復用方式，是大幅增加光纖通信的信道容量的最有前景的方法之一，在國際上已成為當前光通信領域的前沿與熱點研究課題。模式激勵和模式轉換模組是模分復用光纖通信系統的最基本組成部分，是實現模分復用的必需首先研究的基本問題，也是是當前實現模分復用的一個難點技術。當前的模式激勵和模式轉換方法還遠不成熟。因此，本項目面向未來模分復用光纖通信系統的需求和基本問題，對任意模式的高效激勵機理與方法和模式轉換的條件及可控模式轉換實現方法進行研究，重點探討模式分布特徵及模式傳遞函式，提出高效率、低串擾、低複雜度的模式激勵和控制方法，通過理論研究和實驗驗證，在具有模式選擇和模式放大功能的任意模式激勵方法方面形成自己的創新。本項目的研究成果將為我國模分復用光纖通信系統的發展提供重要參考，為下一代超高速率、超大容量的光纖傳輸系統的發展提供有力支撐。

結題摘要

模分復用是大幅增加光纖通信的信道容量的最有前景的方法之一，近年來已成為國內外光通信領域的前沿與熱點研究課題。本項目在4年的研究工作中，面向未來模分復用光纖通信系統的發展需求和基本科學問題，對“任意模式的高效激勵機理與方法”和“模式轉換的條件及可控模式轉換實現方法”進行了深入細緻的研究，圍繞基於空間光調製器和基於光子晶體光纖的模式控制方法，提出了多種高效率、低串擾、低複雜度的模式激勵和轉換的方法、技術和新型結構，建立了模式轉換仿真平台和實驗平台，通過理論分析、仿真和實驗研究驗證了所提出的創新方法和技術，這些成果可為我國模分復用光纖通信系統的發展提供重要參考，為下一代超高速率、超高頻譜效率的模分復用光纖傳輸系統的發展提供有力支撐。 在基於空間光調製器的模式控制方法的研究中，課題組從理論上分析了模場分布特點及其控制原理，推導了理想模式轉換傳遞函式，建立了4f 共焦系統模型和菲涅耳衍射分析模型，提出並實驗實現了空間頻譜匹配、模場半徑預匹配、聯合相位和幅度調製、閃耀光柵偏射等有創新的模式控制技術。利用課題組提出的這些創新技術，不僅高精度地實現了20多個高階模式的激勵或轉換，而且實現了兩種高效率、高精度的實驗系統：利用單個空間光調製器實現4個模式同時激勵並復用的實驗系統和基於光學諧振的按需模式產生實驗系統，並開發成相應的原型器件，為模分復用系統的發展提供了重要參考。 課題組順應模式控制發展和套用的需求，將研究領域擴展到基於光子晶體光纖的模式控制方法，在深入探討了基於耦合模理論的光子晶體光纖的模式轉換技術的理論基礎上，提出三種可實現模式轉化的光子晶體光纖及模式耦合器的新型結構，設計了多個模式同時轉換和復用的模組結構，並仿真驗證了三種方案的可行性。仿真結果顯示，三種方法均容易控制，並具有模組化結構，擴展性及控制性能良好。 項目組的相關成果已發表科技論文52篇，其中SCI收錄的論文34篇；申請國家專利4項，已授權1項；培養碩士研究生7人，博士研究生3人。本項目無論從研究內容、研究成果和技術指標上均超出了預期，全面圓滿完成了預定的全部研究任務。