叠加光传输模式的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请根据35U.S.C. § 119要求2012年12月10日提交的美国临时申 请S/N. 61/735, 477 (C0R23954MA)和2013年2月2日提交的美国临时申请S/ N. 61/760, 040 (C0R23954M2)的优先权益以及根据 35U.S.C. § 120 要求 2013 年 3 月 14 日 提交的美国申请S/N. 13/803, 872的优先权益。
[0003] 背景
技术领域
[0004] 单模光纤的一般用途被认为限于长距离和其他应用，因为它的有限信息容量。多 模光纤被引入以增加传输容量，然而，在单个芯或多个不同芯中传输多个光模式的这些多 信道光纤经受由模式耦合效应引起的信道串扰。例如，当光纤或光纤束（fiberbundle)在 其部署状态下经受弯曲或扭转时，在多模光纤中会出现模式耦合。
【背景技术】
[0005] 数字信号处理技术被发展以处理由前述模式耦合产生的信道串扰。此数字信号处 理的一个类型通常被称为相干多输入、多输出（MIM0)数字信号处理（DSP)。MIM0DSP被 广泛地提出和展示但在很大程度上受到限制，因为它被证明难以部署在大传输长度的系统 中，其中，必需的纠错方案随着传输长度增张而逐渐变得愈发复杂。
【发明内容】
[0006] 由于在光纤中存在双折射性，偏振模式色散（PMD)会出现在数据传输网络的多模 光纤中。此双折射性沿着光纤长度随机地改变，来源于由光纤应力和光纤几何结构产生的 不对称性。存在PMD的不同表现。在频域中，对于固定输入偏振，在输出偏振的频率中可存 在变化。在时域中，在脉冲穿过光纤的平均时延中可出现差异。本发明人认识到这样的差 异是输入脉冲的偏振的函数以及这两个现象（即PMD与输入脉冲的偏振）是密切联系的。
[0007] 根据本公开的主题，SU(N)群理论被用于建立由于在光纤中叠加N个空间模式或 偏振模式并且形成N个正交主态（principlestate)的形式。这些主态提供了克服在光通 讯链路中发生模式耦合的不利效应的手段。如下被详细地解释，当N= 2时，此主态形式简 化为琼斯矩阵本征分析法。在具体实施例中，LP11空间模式群的四个偏振模式中的一些或 全部被用于建立主态。本公开的主题也涵盖了用于复用和解复用根据本公开的理念构造的 光纤链路的模式成分的方法及系统组件。
【附图说明】
[0008] 结合以下附图阅读，本公开的特定实施例的以下详细描述能够被最好地理解，在 附图中相似的结构使用类似的附图标记来指示，而且在附图中：
[0009] 图1是可根据本公开的理念实施的三主态系统的示意图。
[0010] 图2是根据本公开的理念，图1的三主态系统可被按比例增加为N主态系统的方 式的示意图。
【具体实施方式】
[0011] 由于在光纤中存在双折射性，在数据传输网络的多模光纤中会出现偏振模式色散 (PMD)。此双折射性沿着光纤长度随机地改变，来源于由光纤应力和光纤几何结构产生的不 对称性。存在PMD的不同表现。在频域中，对于固定输入偏振，在输出偏振的频率中可存在 变化。在时域中，在穿过光纤的脉冲的平均时延中可出现差异。这样的差异是输入脉冲的 偏振的函数。这两个现象是密切联系的。
[0012] 更具体地，在光纤的输入和输出上存在特殊的正交偏振对，其中光纤的输入端发 射的光信号在输出处没有改变偏振。这些特殊的偏振正交对在本文中被称为主偏振态 (PSP)。这些PSP具有群延迟，即时域视角的最大和最小平均时延。这两个延迟之间的差异 被称为差分群延迟（D⑶）。
[0013] 图1是根据本公开的理念可用作数据传输网络100的三主态系统的示意图。以相 对直接的方式（参见图2)，参考图1所示的理念可被扩展为具有四个主态以及N个主态的 传输网络1〇〇'。通常，在图1中，在数据传输网络1〇〇(也可被称为数据传输链路）的发射 部分10处，使用模式复用器20 (诸如非球面透镜或透镜阵列）以及适合的光波导25,将三 个传输模式M1、M2和M3的相应组输入到网络100上。可以是空间模式、偏振模式或者其组 合的传输模式Ml、M2和M3的这些组然后经由模式分离器30被分离到三个分开的路径，其 中它们各自的相位和幅度可被单独地控制（参见例如相位/幅度控制器40)。然后例如使 用有效模式组合器50,将相应的传输模式Ml、M2和M3复用为相应的光信号Nl、N2和N3。 随后，例如使用附加的有效模式组合器50,组合光信号N1、N2和N3以用于经由适合的光纤 链路55沿着多模光纤60传播。
[0014] 在数据传输网络的接收部分15,例如通过光学抽头70从光纤60取样N个传播光 信号中每个的一部分，以便能够确定本文所述的主偏振态（PSP)。使用图1示意性示出的发 射控制器80的相位调节和幅度调节组件，能确定这些态。未取样光传输数据经由有效模式 分离器90被分离并且被路由至数据接收信道Cl、C2和C3。
[0015] 针对上下文参考图1的示意性说明而并非作为限制，根据对于沿着多模光纤的集 体传输叠加N个光传输模式同时最小化PMD的所构想方法，在运载光信号N1、N2和N3的每 个信道上，光信号Nl、N2和N3可经由适合的源调制器Sl、S2和S3而经受直接或相干的光 调制。这些N个光信号被发射到数据传输网络，其中，N个光信号中的每个包括N个不同的 经叠加传输模式（Ml、M2、…）。在数据传输网络100的接收端15处取样N个传播光信号 中每个的一部分，并且N个传播光信号的N个不同的经叠加传输模式（M1、M2、…）被分离 到N个光检测信道。在所示的实施例中，在发射控制器80的架构内示出了三个光检测信道 85〇
[0016] 可以构想，可以作为相位或幅度调制器的源调制器S1、S2和S3能被配置用于直接 或相干的光调制。相似地，可以构想，光检测信道85能被安排用于对由源调制器Sl、S2和 S3产生的经调制信号的相干或直接的检测或解调制。以此方式，本公开的数据传输网络可 被用于实施各种编码方案（例如包括相干光Mnro(多输入、多输出）系统）。
[0017] 发射控制器80被编程或者以其它方式被配置为从对应于在数据传输网络100的 接收端15处的经叠加传输模式（M1、M2、*")的传输矩阵T和特殊酉矩阵群SU(N)导出N2-l 个不同的测量条件。在下文进一步详细地描述，从取样信号中提取这N2-l个测量。值得注 意的是，N2-l个测量对应于N2-l个不同的测量条件。提取的N2-l个测量被用于求解矩阵方 程
[0018](T?A) |V> =X|V>
[0019] 其中A表示所产生的SU(N)矩阵，t表示提取的测量，而|V>表示对应于在数据 传输网络1〇〇的接收端处的N个传播光信号的输出矩阵的主态本征向量。
[0020] 得到的输出矩阵被转置以允许由经转置输出矩阵的本征向量产生主态发射条件。 根据主态发射条件，能控制N个光信号中每个的N个不同的经叠加传输模式Ml、M2、…的 相位和幅度，以在N个光信号的每个中形成主态。以此方式，主态提供克服在数据传输网络 100中原本会出现的模式耦合的不利效应的手段。
[0021] 构想能周期性地从取样信号提取N2-l个测量，通常包括在N个光信号中所选的一 些内的共同传输模式之间的传播延迟差异的测量。替代地，构想响应于取样信号的检测条 件（例如包括特定PMD或噪声阈值）能从取样信号提取N2-l个测量。
[0022] 尽管传输模式（M1、M2、…）可包括偏振模式、空间模式或其组合，通常将优先确保 N个光信号中每个的N个不同的经叠加传输模式（M1、M2、~）包括共同的传输模式组，使得 N个光信号中任意所选的一个的偏振模式、空间模式或其组合与其他光信号的传输模式相 同。例如，在N= 3的情况下，N个不同的经叠加传输模式（M