光纤传输系统的制作方法

本发明涉及一种执行弱耦合模分复用传输(weakly-coupled mode division multiplexed transmission)的基于MIMO的光纤传输系统。

背景技术：

Massimiliano Salsi等人在OFC/NFEC技术文摘2012OTu2C.5上的“Mode Division Multiplexed Transmission with a weakly-coupled Few-Mode Fiber(利用弱耦合少模光纤的模分复用传输)”(非专利文献1)公开了一种光纤传输系统，该光纤传输系统能够利用在空间模之间减少了串扰(以下称为“XT”)的少模光纤作为传输线执行弱耦合模分复用传输。该系统不采用包括所有空间模的集中输入和输出的多输入多输出(MIMO)配置，而是采用用于四个LP模(LP01、LP11、LP21和LP02)中的每一个的MIMO配置。

可用作用于模分复用传输的传输线的光纤的示例不仅包括多模光纤(诸如少模光纤)，还包括多芯光纤(下文中称作“MCF”)。例如，Koji Igarashi等人的OFC截稿日期后提交的论文(Postdeadline Paper)2015Th5C.4(非专利文献2)“114Space-Division-Multiplexed Transmission over 9.8-km Weakly-Coupled-6-Mode Uncoupled-19-Core Fibers(114空分复用传输超过9.8kM弱耦合6模解耦19芯光纤)”公开了一种光纤传输系统，该系统能够利用具有19芯的MCF(下文中，具有“n”芯的MCF被称为“n芯MCF”)作为传输线执行弱耦合模分复用传输，每个芯被配置为引导六个LP模(四个简并的LP模)。该系统采用用于LP01模和LP11模的MIMO配置和用于LP21模和LP02模的MIMO配置，而不是针对LP模中的每一个采用MIMO配置。在19芯MCF中引导的空间模是以下六种LP模：LP01和LP11(可由具有相同的传播常数的两个简并模(偶模LP11a和奇模LP11b)辨识)、LP21(偶模LP21a和奇模LP21b)和LP02。

此外，D.Soma等人在ECOC 2015PDP.3.2的“2.05Peta-bit/s Super-Nyquist-WDM SDM Transmission Using 9.8-km 6-mode 19-core Fiber in Full C band(利用全C波段中的9.8kM 6模19芯光纤的2.05Peta-bit/s Super-Nyquist-WDMSDM传输)”(非专利文献3)公开了一种光纤传输系统，该系统使用带芯的19芯MCF作为传输线，每个芯被配置为引导在非专利文献2中公开的六个LP模。该系统采用MIMO配置，其涉及所有空间模的集中输入和输出。由于针对每个空间模组采用MIMO配置导致XT补偿不足，因此这里采用了包括所有空间模的集中输入和输出的MIMO配置。

Stefan Warm和Klaus Petermann在OPTICAL EXPRESS 2013 Vol.21,No.1 519的“Splice loss requirements in multi-mode fiber mode-division-multiplex transmission links(多模光纤模分复用传输链路中的拼接损耗需求)”(非专利文献4)公开了一种模分复用传输系统，其使用不限于弱耦合光纤的光纤作为传输线。已经指出，考虑到在形成传输线的光纤连接过程中的模相关损耗(MDL)和模间损耗差，需要在该系统中减少光纤连接过程中的轴向偏移。

技术实现要素：

技术问题

本发明的一目的是提供一种光纤传输系统，其具有有效地减小模间串扰同时减小MIMO配置中的处理负载增大的结构。

技术方案

本发明提供了一种基于MIMO的光纤传输系统，其执行模分复用传输并且包括传输线，所述传输线包括光纤、至少两个发送器、至少两个接收器和输入端串扰减小装置。在基本方面，光纤包括至少一个芯或芯组和包围所述至少一个芯或芯组的一个包层，并且被构造为允许M个简并的空间模组在所述至少一个芯或芯组中传播，其中M大于或等于三。发送器布置为邻近于传输线的输入端，并且被构造为将不同的光信号输出至空间模组。接收器布置为按照对应于所述至少两个发送器的方式邻近于传输线的输出端。接收器分别被构造为接收通过对应的一个发送器输出并且通过传输线在空间模组中传播的光信号。输入端串扰减小装置被构造为，在传输线的输入端的一侧，限制将光信号输入至传播常数比用于信号传输的相应的空间模组的最小传播常数大的至少一个空间模组，所述至少一个空间模组不用于信号传输。通过这种配置，在所述至少一个芯或芯组中，本发明的光纤传输系统利用M个空间模组中的(M-1)个或更少的空间模组发送信号。

在一方面，M个简并空间模组可包括至少三个LP模，并且输入端串扰减小装置可限制将光信号输入至LP11模。在另一方面，在传输线中可设置中间串扰减小装置，其用于减少或消除对其输入光信号进行限制的空间模组中的光。所述中间串扰减小装置被构造为按照对其输入光信号进行限制的空间模组中的所述光的强度与输入其它光信号的空间模组中的光强的比率不超过预定值的方式减少或消除所述光。

在另一方面，所述至少一个芯或芯组可为至少一个芯，并且所述至少一个芯的折射率分布可为单峰分布。在这种情况下，所述至少一个芯的折射率分布可为α功率分布，并且α可满足1.8＜α＜2.2。可替换地，所述至少一个芯的折射率分布可为环形分布。

在另一方面，所述至少一个芯或芯组可由折射率低于包层的折射率的沟槽层包围。

在另一方面，根据本发明的光纤传输系统可包括两个或更多个芯或芯组。

在另一方面，光纤传输系统可具有MIMO配置，其不涉及非简并的模之间的串扰补偿，而是涉及用于简并的空间模组中的每一个的模间串扰补偿。

有益效果

根据本发明的光纤传输系统可有效地减小模间串扰，同时减小MIMO配置中处理负载的增大。具体地说，当传输线包括沿着光信号的传播方向按次序布置的多条光纤时，模间串扰的水平根据在邻近的光纤之间的连接部分(对接接头)处的光纤间轴向偏移的量而增大。希望本发明减小模间串扰对轴向偏移量的依赖。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的形成包括在光纤传输系统中的传输线的两条光纤如何对接的侧视图；

图2是形成图1所示的传输线的示例性光纤的剖视图；

图3是示出在垂直于图2所示的光纤的光轴的横截面中的芯内和周围的折射率分布的曲线图；

图4示出了图2所示的光纤的芯内和周围的折射率分布的其他示例的曲线图；

图5是示出图1所示的两条光纤之间的连接点处的轴向偏移与模间串扰之间的关系的曲线图；

图6是图5的一部分的放大图；

图7是示出根据第一实施例的光纤传输系统的配置的概念图；

图8是示出根据第二实施例的光纤传输系统的配置的概念图；

图9是形成图1所示的传输线的另一示例性光纤的剖视图；

图10是形成图1所示的传输线的另一示例性光纤的剖视图；

图11是形成图1所示的传输线的另一示例性光纤的剖视图。

具体实施方式

将参照附图描述根据本发明的光纤传输系统的结构。本发明不限于本文所述的实施例，并且由权利要求限定。因此，权利要求旨在包括落入与权利要求等同的含义和范围内的所有改变。

难以将非专利文献1至4中公开的光纤传输系统中的任一个应用于在传输线中需要多个光纤连接点(即，光纤之间的对接接头)的长距离传输。本发明的发明人发现了由于在任何光纤连接点之间不可避免地发生非常小的各芯之间的轴向偏移可导致模间串扰(下文中“串扰”将被称作“XT”)，因此包括所有空间模的集中输入和输出的MIMO配置增加了处理负荷。

图1是示出根据本发明的实施例的形成包括在光纤传输系统中的传输线30的光纤10和20如何对接的侧视图。传输线30包括至少一个芯或芯组和包围该芯或芯组的包层。同时，传输线30由允许至少三个简并的空间模组在该芯或芯组中传播的至少两个光纤构成。在光纤连接点A，光纤10和光纤20按照光纤10的中心轴AX1和光纤20的中心轴AX2对齐的方式光学连接，它们的芯一一对应。

图2是形成传输线30的光纤10和20中的任一个的剖视图。图2在左边示出了单个芯11和包围该芯11的包层14。图2在右边示出了该芯11可为包括多个芯元件11a至11c的芯组(组合芯)111。光纤10和20可以分别是多芯光纤(MCF)(见图9)，其包括具有与芯11的结构相同的结构的多个芯12和13，或者光纤10和20可以分别是MCF(见图10)，其包括具有与芯组111的结构相同的结构的多个芯组111、112和113。

图3是示出在垂直于光纤10和20的光轴AX0的截面中，在芯11内和周围的折射率分布150的曲线图。芯11的半径为“a”，并且沿着光轴AX0延伸。折射率分布150是α功率分布，其为典型的单峰折射率分布。折射率分布150可通过下面的等式(1)表达：

其中“r”是与芯11的中心相距的距离。用于限定折射率分布的形状的α值的范围为1.8至2.2。芯11(折射率n1)与包层14(折射率n2)的相对折射率差Δ可通过下面的等式(2)表达：

通过α功率分布，可减小差模群延迟(differential mode group delay,DMGD)。

当光纤10和20各自包括一个或多个芯11时，各个芯11的外周围可设有折射率低于包层14的折射率的沟槽。在这种情况下，光纤10和20中的任一个的芯11内和周围的折射率分布150具有对应于沟槽的凹进部分160，如虚线所示。当光纤10和20各自包括一个或多个芯组111、112和113时，芯组111、112和113的外周围可分别设有折射率低于包层14的折射率的沟槽114、115和116(见图11)。

图4提供了示出光纤10和20中的任一个的芯11内和周围的折射率分布的其它示例的曲线图。光纤10和20中的任一个的芯11内和周围的折射率分布不限于单峰分布和α功率分布(折射率分布150)，并且也可应用各种类型的折射率分布。

例如，可应用以芯-包层界面周围的折射率突然改变为特征的阶跃指数折射率分布151(见区域(a))或折射率分布152(见区域(b))。作为单峰折射率分布的替代，可应用环形折射率分布(见区域(c)至(e))，其特征在于，包括光轴AX0的芯的中心区中的折射率被设为低于芯的外部区中的折射率。在折射率分布153(见区域(c))中，芯的中心区中的折射率等于包层的折射率。在折射率分布154(见区域(d))中，芯的中心区中的折射率被设为高于包层的折射率。在折射率分布155(见区域(e))中，芯的中心区中的折射率被设为低于包层的折射率。当芯的外周围设有上述沟槽时，折射率分布151至155各自具有由虚线指示的凹进部分160(对应于折射率低于包层的折射率的沟槽)。

图5是示出光纤10和20之间的连接点A处的轴向偏移与模间XT之间的关系的曲线图。图6是图5中的区B的放大图。轴向偏移是指在与一一对应的光纤10和20的对应芯的端面平行的方向上的偏移量。

使用的光纤10和20各自包括具有由α功率分布限定的形状的芯11，或更具体地说，通过等式(1)中的Δ＝1.08％，a＝8.7μm，并且α＝2限定的形状的芯11。用于测量模间XT的空间模为传输损耗为1dB/km或更小的四个LP模(LP01、LP11、LP21和LP02)。LP11模和LP21模分别包括具有相同传播常数的两种类型的简并模。也就是说，基于角度依赖性的奇偶性，LP11模具有简并模,即偶模LP11a和奇模LP11b，相似地，LP21模具有简并模，即偶模LP21a和奇模LP21b。因此，通过测量这些模之间的XT，检测到光纤10和20的四个简并LP模(LP01、LP11a、LP11b、LP21a、LP21b和LP02)之间的XT。

在图5和图6中，曲线G210表示LP01模与LP11b模之间的模间XT，曲线G220表示LP11a模与LP21a模之间的模间XT，曲线G230表示LP11b模与LP21b模之间的模间XT，曲线G240表示LP11b模与LP02模之间的模间XT，曲线G250表示LP21b模与LP02模之间的模间XT，曲线G260表示LP01模与LP02模之间的模间XT，并且曲线G270表示LP01模与LP21b模之间的模间XT。

在传输实验中，通过一个长度为几十公里的无缝(连续)光纤进行传输是可能的。然而，铺设的传输线实际上每1或2Km通常需要光纤的连接点。在这种情况下，大约100km到200km的光信号的传输需要大约100个光纤连接点。为了将100～200km传输后的模间XT减小至-30dB或更小，需要将每个光纤连接点A的模间XT减小至-50dB或更小。

为了在曲线G210至G240的情况下将每个光纤连接点A的模间XT减小至-50dB或更小，需要轴向偏移为0.015μm或更小的光纤连接，这是不现实的。然而，在曲线G210至G240的情况下，各个代表性XT在特定较小的轴向偏移处增大，XT是在LP11模(LP11a模或LP11b模)与另一LP模之间发生的XT。因此，按照LP11模不用于模分复用传输并且仅LP01模、LP21模(LP21a模和LP21b模)和LP02模可用于模分复用传输的方式构造根据第一实施例和第二实施例(下面描述)的光纤传输系统100和200。

根据该配置，在LP21b与LP02之间的XT为-50dB的轴向偏移为0.27μm(≈0.031a)或更小。因此，利用光纤连接的这种可实际实现的轴向偏移，模间XT充分减小的模分复用传输是可能的。相似地，在LP01与LP21b之间的XT为-50dB的轴向偏移为0.37μm(≈0.043a)，并且在LP01与LP02之间的XT为-50dB的轴向偏移为0.33μm(≈0.038a)。

第一实施例

图7是示出根据第一实施例的光纤传输系统100的配置的概念图。光纤传输系统100是能够进行弱耦合模分复用传输的基于MIMO的传输系统。光纤传输系统100包括限制光信号输出至LP11模(作为简并模的LP11a模和LP11b模)的第一模消除单元65(第一XT减小装置)。

光纤传输系统100包括传输线30、发送器(偏振复用发送器#1至#4)60A至60D、发送方空分复用(SDM)复用器40、接收方SDM复用器50和接收器(偏振复用接收器#1至#4)70A至70D。传输线30通过在光纤连接点A彼此对接的光纤10和20形成。

发送器60A至60D将光信号输出至用于模分复用传输的简并的LP模(LP01、LP21a、LP21b和LP02)，而不输出至LP11a模和LP11b模。发送方SDM复用器40布置于发送器60A至60D与传输线30的输入端之间，并且被构造为引导从发送器60A至60D输出至传输线30的光信号，作为用于模分复用传输(模复用)的模束(mode beam)。接收方SDM复用器50布置为邻近于传输线30的输出端，并且被构造为将在传输线30上传播的模束划分至与发送器60A至60D一一对应设置的接收器70A至70D中(模式划分)。

在第一实施例中，第一模消除单元65通过例如接通和关断所述多个发送器中的每一个来限制将光信号输出至LP11模(作为简并模的LP11a模和LP11b模)。第一模消除单元65可被构造为通过在所述多个发送器与发送方SDM复用器之间增加的光学开关或模式转换装置来限制将光信号输出至LP11模。

第二实施例

图8是示出根据第二实施例的光纤传输系统200的配置的概念图。光纤传输系统200还是能够进行弱耦合模分复用传输的基于MIMO的传输系统。光纤传输系统200与光纤传输系统100的不同在于，其在形成传输线30的光纤10和20之间的光纤连接点A处包括第二模消除单元80(第二XT减小装置)。

在第二实施例中，如在第一实施例中，第一模消除单元65限制将光信号输出至LP11模。然而，即使在这种状态下，模间XT也可导致LP11模(LP11a模和LP11b模)的光(XT光)在传输线30中传播。因此，在第二实施例中，将第二模消除单元80设在传输线30中的光纤连接点A处。第二模消除单元80按照限制了光信号的输入的LP模的光强与输入其它光信号的空间模(LP01、LP21和LP02)的光强的比率不超过预定值的方式来减少或消除光。

第二模消除单元80包括沿着从光纤10朝光纤20的方向按次序排列的第一SDM复用器81和第二SDM复用器82。第一SDM复用器81划分在光纤10中传播的所有空间模。另一方面，第二SDM复用器82选择性地限制从第一SDM复用器81输出的所有空间模中的不用于模分复用传输的LP11模(LP11a模和LP11b模)的输入。第二SDM复用器82接着将输入LP01、LP21a、LP21b和LP02中的LP模束输出至光纤20(模复用)。作为这种配置的替代，例如，可将模转换装置用作第二模消除单元80。

根据上述配置，本发明的光纤传输系统可减小具有至少2×10^-3的有效折射率差异的非简并的LP模之间的串扰，并且可在没有串扰补偿的情况下执行MIMO信号传输。对于没有串扰补偿的传输，当多个简并的LP模(简并空间模组)具有1×10^-3或更小的执行折射率差时，因为在光纤中传播过程中这些LP模之间发生串扰，所以有必要将所述多个简并的LP模看作一个空间通道。因此，与当针对所有空间模统一执行串扰补偿时相比，利用不涉及非简并的模之间的串扰补偿而涉及针对每个简并的空间模组的模间串扰补偿的MIMO配置，MIMO计算的负载可小得多，并且每条光纤的空间通道数量可更少。

从本发明的描述中清楚地知道，可对本发明进行各种修改。这种修改不应看作脱离本发明的构思和范围。对本领域技术人员而言显而易见的改进均被包括在权利要求中。