專利名稱：利用多模光纖的模分復(fù)用同時(shí)傳輸多個(gè)信號的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用多模光纖的模分復(fù)用同時(shí)傳輸多個(gè)信號的系統(tǒng)和方法，具體來講就是利用不同模式的光加載不同信號、用多模光纖進(jìn)行傳輸?shù)南到y(tǒng)與方法。
背景技術(shù)：
按光纖中傳輸模式的多少,光纖分為單模光纖與多模光纖。單模光纖只能傳輸一個(gè)模式，多模光纖則容許不同模式的光于同一根光纖上傳輸。
雖然單模光纖更便宜、性能也比多模光纖好，但光纖網(wǎng)絡(luò)仍采用多模光纖，其原因是多模光纖的特性正好滿足了網(wǎng)絡(luò)用纖的要求。相對于長途干線，光纖網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是傳輸速率相對較低；傳輸距離相對較短；節(jié)點(diǎn)多、接頭多、彎路多；連接器、耦合器用量大；規(guī)模小，單位光纖長度使用光源個(gè)數(shù)多。
在上述光纖網(wǎng)絡(luò)中，彎路多意味著損耗大，節(jié)點(diǎn)多則光功率的分路會很頻繁，這都要求光纖內(nèi)部要有足夠大的光功率傳輸。相比于單模光纖，多模光纖的光纖芯徑粗，數(shù)值孔徑大，可以從從光源里耦合更多的光功率。
同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中連接器、耦合器用量大，單模光纖無源器件比多模光纖貴，而且相對精密、允差小，操作不如多模器件方便可靠。單模光纖只能使用激光器(LD)作光源，其成本比多模光纖使用的發(fā)光二極管(LED)高很多。
其次，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模小，則單位光纖長度使用光源個(gè)數(shù)多，干線中可能幾百公里用一個(gè)光源，而十幾公里甚至幾公里的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)各有獨(dú)立的光源。如果網(wǎng)絡(luò)使用單模光纖配用激光器，網(wǎng)絡(luò)總體造價(jià)會大幅度提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，單模光纖網(wǎng)絡(luò)的成本是多模光纖的4倍。目前，新型的廉價(jià)的垂直腔面發(fā)射激光器及其收發(fā)模塊已商用，價(jià)格與LED接近，其圓形的光束斷面和高的調(diào)制速率正好補(bǔ)償了 LED的缺點(diǎn)，大大降低了多模光纖網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行成本。
綜上所述，我們可以看出，多模光纖具有的數(shù)值孔徑大、易于連接、配套的器件成本較低，承載容量大等優(yōu)點(diǎn)，使其成為短距離光纖通信的首選。
在多模光纖中，不同的導(dǎo)引模的群速度不同會引起色散(模間色散)，模間色散嚴(yán)重制約了多模光纖的帶寬-距離乘積值，進(jìn)而限制了其傳輸能力。在實(shí)際的光通信網(wǎng)絡(luò)中， 我們利用MIMO (多輸入多輸出)技術(shù)可以提高其傳輸能力。
模式復(fù)用技術(shù)便是光路MIMO技術(shù)的一種。該技術(shù)利用了多模光纖可同時(shí)傳輸不同模式的光的傳輸特點(diǎn)，將不同的模式作為相互獨(dú)立的信道來傳輸多路信號，極大的提高了多模光纖的傳輸能力?；驹硎窃诎l(fā)送端將不同模式的光信號組合起來，耦合在同一根多模光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端再利用耦合器將不同模式的光分開。
多模光纖中傳輸模式的場可以用一個(gè)相互正交的函數(shù)族來表示。通過選擇模式激發(fā)來分別激發(fā)每一個(gè)模式，并且在接收端利用場的正交性來分別探測各個(gè)模式，就可以實(shí)現(xiàn)模式的復(fù)用。
目前，比較成熟的光復(fù)用技術(shù)有波分復(fù)用，頻分復(fù)用，空分復(fù)用等，基于多模光纖的模式復(fù)用屬于一種較新型的復(fù)用技術(shù)，它很好的利用多模光纖可以同時(shí)傳輸多個(gè)模式信號的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又大大提高了多模光纖的傳輸能力，與傳統(tǒng)的光復(fù)用技術(shù)相比，有效的提高了頻譜效率，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?br> 當(dāng)前利用光纖傳遞信號大部分是應(yīng)用波分復(fù)用和頻分復(fù)用，有關(guān)于模分復(fù)用的應(yīng)用卻沒有報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷，本發(fā)明提出了一種利用多模光纖的模分復(fù)用同時(shí)傳輸多個(gè)信號的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是按以下方式實(shí)現(xiàn)的
一種利用多模光纖的模分復(fù)用同時(shí)傳輸多個(gè)信號的系統(tǒng)，包括固體激光器、光纖準(zhǔn)直器、單模光纖、光調(diào)制器、光纖稱合器A、B、多模光纖、光解調(diào)器，其特征在于固體激光器位于多個(gè)光纖準(zhǔn)直器之前，每個(gè)光纖準(zhǔn)直器通過支架將其固定，每個(gè)光纖準(zhǔn)直器后接一根單模光纖，每根單模光纖后面連接一個(gè)光調(diào)制器，各光調(diào)制器由單模光纖將其連接到光纖耦合器A，光纖耦合器A后面連接一根多模光纖，利用光纖耦合器A將多根單模光纖和多模光纖進(jìn)行耦合連接；多模光纖的另一端連接光纖耦合器B，光纖耦合器B后面接多根單模光纖，單模光纖的個(gè)數(shù)與上述光纖準(zhǔn)直器的個(gè)數(shù)一一對應(yīng)，每根單模光纖后接一個(gè)光解調(diào)器， 各路單模光纖經(jīng)各自的光解調(diào)器進(jìn)行光解調(diào)后輸出光信號；其中光調(diào)制器的調(diào)制頻率與光解調(diào)器的解調(diào)頻率一一對應(yīng)。
所述的固體激光器是激光二極管端面泵浦固體激光器。
一種利用上述系統(tǒng)進(jìn)行多個(gè)信號同時(shí)傳輸?shù)姆椒?，步驟如下
I)將模分復(fù)用系統(tǒng)連接好，將固體激光器電源打開，將光功率計(jì)放置在固體激光器出射口處以檢測固體激光器是否正常工作，如有光功率顯示，說明固體激光器工作正常；
2)將掃描干涉儀置于光功率計(jì)和固體激光器之間，利用掃描干涉儀測量出固體激光器發(fā)出的激光的激光模譜，之后用光功率計(jì)在與固體激光器軸向垂直的平面上檢測出不同模式的激光的能量及其在空間中所處的位置；調(diào)整各光纖準(zhǔn)直器的支架，使得各光纖準(zhǔn)直器位于各不同模式的激光的空間位置處，這樣既能將接收到的各不同模式的激光輸入到與各光纖準(zhǔn)直器相連接的不同的單模光纖中；
3)從光路中移除光功率計(jì)，將光調(diào)制器的電源打開，各路信號經(jīng)光調(diào)制器調(diào)制后分別加載到各不同模式的激光上；
4)將光解調(diào)器的電源打開，加載信號的各不同模式的激光經(jīng)單模光纖傳輸?shù)焦饫w耦合器A，通過光纖耦合器A耦合到一根多模光纖再進(jìn)行信號傳輸，傳輸?shù)蕉嗄９饫w的另一端后，再利用光纖耦合器B將這些不同模式的光波分離開來，分別通過解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，得到了不同的信號，這樣就能利用模分復(fù)用同時(shí)傳遞多個(gè)信號。
本發(fā)明首先利用掃描干涉儀測量出激光二極管端面泵浦固體激光器發(fā)出的激光的激光模譜，并用光功率計(jì)確定不同模式激光的能量，之后用光功率計(jì)在與固體激光器軸向垂直的平面上檢測不同模式的光的空間位置，將光線準(zhǔn)直器放置在這些位置上，光纖準(zhǔn)直器將不同模式的光分別輸入到不同的單模光纖中，利用光調(diào)制器將信號調(diào)制到激光上， 利用光纖耦合器A將這些激光耦合到多模光纖中傳輸，傳到接收端后用光纖耦合器B將不同模式的光分開，并輸入到不同的單模光纖中，利用光解調(diào)器將不同的信號從不同模式的光上解調(diào)出來。本發(fā)明的檢測原理如下固體激光器發(fā)出的激光有多種模式，而激光的高低階橫模在空間有不 同的分布，我們可以利用這個(gè)特點(diǎn)把不同模式的激光分離開來。將不同模式的激光分開后，將不同的信號經(jīng)光調(diào)制器加到不同模式的激光上去，然后將這些模式的激光耦合到一根多模光纖中，這樣一根多模光纖就可以同時(shí)傳遞多個(gè)信息。當(dāng)光信號傳遞到接收端后，再用光耦合器將攜帶不同信息的不同模式的光分開，再分別將不同的信號解調(diào)出來，這樣就實(shí)現(xiàn)了多模光纖的模分復(fù)用。本發(fā)明具有以下特點(diǎn)將不同的模式作為相互獨(dú)立的信道來傳輸多路信號，極大的提高了多模光纖的傳輸能力；多模光纖用LED作為光源，成本低；多模光纖具有的數(shù)值孔徑大、易于連接、配套的器件成本較低，承載容量大等優(yōu)點(diǎn)，適合短距離的光纖通信。


圖I是本發(fā)明多模光纖模分復(fù)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1.固體激光器，2.光纖準(zhǔn)直器，3.單模光纖,4.光調(diào)制器，5.光纖I禹合器A,
6.多模光纖，7.光纖稱合器B, 8.單模光纖,9.光解調(diào)器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不限于此。實(shí)施例I :本發(fā)明實(shí)施例I如圖I所不，一種利用多模光纖的模分復(fù)用同時(shí)傳輸多個(gè)信號的系統(tǒng)，包括固體激光器I、光纖準(zhǔn)直器2、單模光纖3、8、光調(diào)制器4、光纖稱合器A(5)、B(7)、多模光纖6、光解調(diào)器9,其特征在于固體激光器I位于多個(gè)光纖準(zhǔn)直器2之前,每個(gè)光纖準(zhǔn)直器2通過支架將其固定，每個(gè)光纖準(zhǔn)直器2后接一根單模光纖3，每根單模光纖3后面連接一個(gè)光調(diào)制器4，各光調(diào)制器4由單模光纖將其連接到光纖耦合器A (5)，光纖耦合器A (5)后面連接一根多模光纖6，利用光纖耦合器A (5)將多根單模光纖和多模光纖6進(jìn)行耦合連接；多模光纖6的另一端連接光纖耦合器B (7)，光纖耦合器B (7)后面接多根單模光纖8，單模光纖8的個(gè)數(shù)與上述光纖準(zhǔn)直器2的個(gè)數(shù)一一對應(yīng)，每根單模光纖8后接一個(gè)光解調(diào)器9，各路單模光纖8經(jīng)各自的光解調(diào)器9進(jìn)行光解調(diào)后輸出光信號；其中光調(diào)制器4的調(diào)制頻率與光解調(diào)器9的解調(diào)頻率一一對應(yīng)。所述的固體激光器I是激光二極管端面泵浦固體激光器。實(shí)施例2:I)將模分復(fù)用系統(tǒng)連接好，將固體激光器電源打開，將光功率計(jì)放置在固體激光器出射口處以檢測固體激光器是否正常工作，如有光功率顯示，說明固體激光器工作正常；2)將掃描干涉儀置于光功率計(jì)和固體激光器之間，利用掃描干涉儀測量出固體激光器發(fā)出的激光的激光模譜，之后用光功率計(jì)在與固體激光器軸向垂直的平面上檢測出不同模式的激光的能量及其在空間中所處的位置；調(diào)整各光纖準(zhǔn)直器的支架，使得各光纖準(zhǔn)直器位于各不同模式的激光的空間位置處，這樣既能將接收到的各不同模式的激光輸入到與各光纖準(zhǔn)直器相連接的不同的單模光纖中；3)從光路中移除光功率計(jì)，將光調(diào)制器的電源打開，各路信號經(jīng)光調(diào)制器調(diào)制后分別加載到各不同模式的激光上；4)將光解調(diào)器的電源打開，加載信號的各不同模式的激光經(jīng)單模光纖傳輸?shù)焦饫w耦合器A，通過光纖耦合器A耦合到一根多模光纖再進(jìn)行信號傳輸，傳輸?shù)蕉嗄９饫w的另一 端后，再利用光纖耦合器B將這些不同模式的光波分離開來，分別通過解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，得到了不同的信號，這樣就能利用模分復(fù)用系統(tǒng)同時(shí)傳遞多個(gè)信號。
權(quán)利要求
1.一種利用多模光纖的模分復(fù)用同時(shí)傳輸多個(gè)信號的系統(tǒng)，包括固體激光器、光纖準(zhǔn)直器、單模光纖、光調(diào)制器、光纖稱合器A、B、多模光纖、光解調(diào)器，其特征在于固體激光器位于多個(gè)光纖準(zhǔn)直器之前，每個(gè)光纖準(zhǔn)直器通過支架將其固定，每個(gè)光纖準(zhǔn)直器后接一根單模光纖，每根單模光纖后面連接一個(gè)光調(diào)制器，各光調(diào)制器由單模光纖將其連接到光纖耦合器A，光纖耦合器A后面連接一根多模光纖，利用光纖耦合器A將多根單模光纖和多模光纖進(jìn)行耦合連接；多模光纖的另一端連接光纖耦合器B，光纖耦合器B后面接多根單模光纖，單模光纖的個(gè)數(shù)與上述光纖準(zhǔn)直器的個(gè)數(shù)一一對應(yīng)，每根單模光纖后接一個(gè)光解調(diào)器， 各路單模光纖經(jīng)各自的光解調(diào)器進(jìn)行光解調(diào)后輸出光信號；其中光調(diào)制器的調(diào)制頻率與光解調(diào)器的解調(diào)頻率一一對應(yīng)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種利用多模光纖的模分復(fù)用同時(shí)傳輸多個(gè)信號的系統(tǒng)，其特征在于所述的固體激光器是激光二極管端面泵浦固體激光器。
3.一種利用權(quán)利要求I所述系統(tǒng)進(jìn)行多個(gè)信號同時(shí)傳輸?shù)姆椒?，步驟如下1)將模分復(fù)用系統(tǒng)連接好，將固體激光器電源打開，將光功率計(jì)放置在固體激光器出射口處以檢測固體激光器是否正常工作，如有光功率顯示，說明固體激光器工作正常；2)將掃描干涉儀置于光功率計(jì)和固體激光器之間，利用掃描干涉儀測量出固體激光器發(fā)出的激光的激光模譜，之后用光功率計(jì)在與固體激光器軸向垂直的平面上檢測出不同模式的激光的能量及其在空間中所處的位置；調(diào)整各光纖準(zhǔn)直器的支架，使得各光纖準(zhǔn)直器位于各不同模式的激光的空間位置處，這樣既能將接收到各不同模式的激光輸入到與各光纖準(zhǔn)直器相連接的不同的單模光纖中；3)從光路中移除掃描干涉儀和光功率計(jì)，將光調(diào)制器的電源打開，各路信號經(jīng)光調(diào)制器調(diào)制后分別加載到各不同模式的激光上；4)將光解調(diào)器的電源打開，加載信號的各不同模式的激光經(jīng)單模光纖傳輸?shù)焦饫w耦合器A，通過光纖耦合器A耦合到一根多模光纖再進(jìn)行信號傳輸，傳輸?shù)蕉嗄９饫w的另一端后，再利用光纖耦合器B將這些不同模式的光波分離開來，分別通過解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，得到了不同的信號，這樣就完成了利用模分復(fù)用同時(shí)傳遞多個(gè)信號。
全文摘要
一種利用多模光纖的模分復(fù)用同時(shí)傳輸多個(gè)信號的系統(tǒng)和方法，屬光纖通信技術(shù)。系統(tǒng)包括固體激光器、光纖準(zhǔn)直器等。固體激光器出射光束含多種橫模，高低階模處于不同空間位置，由此可將不同模式的激光分開，分別用光纖準(zhǔn)直器接收再用單模光纖引出，將不同的信號調(diào)制到不同模式的光上，再將調(diào)制好的光信號耦合到一根多模光纖中進(jìn)行傳輸，到接收端后，再利用光纖耦合器將不同模式的光分開，分別進(jìn)行解調(diào)，進(jìn)而得到不同的信號。本發(fā)明特點(diǎn)為將不同的模式作為相互獨(dú)立的信道來傳輸多路信號，極大的提高了多模光纖的傳輸能力；本發(fā)明用多模光纖具有的數(shù)值孔徑大、易于連接、配套的器件成本較低，承載容量大等優(yōu)點(diǎn)，適合短距離的光纖通信。
文檔編號H04J14/04GK102916748SQ20121039358
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者常軍, 高婷, 王宗良, 朱存光, 李晨, 王強(qiáng), 劉永寧 申請人:山東大學(xué)