專利名稱：利用多模光纖的模分復用同時傳輸多個信號的系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種利用多模光纖的模分復用同時傳輸多個信號的系統和方法，具體來講就是利用不同模式的光加載不同信號、用多模光纖進行傳輸的系統與方法。
背景技術：
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，但光纖網絡仍采用多模光纖，其原因是多模光纖的特性正好滿足了網絡用纖的要求。相對于長途干線，光纖網絡的特點是傳輸速率相對較低；傳輸距離相對較短；節點多、接頭多、彎路多；連接器、耦合器用量大；規模小，單位光纖長度使用光源個數多。
在上述光纖網絡中，彎路多意味著損耗大，節點多則光功率的分路會很頻繁，這都要求光纖內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，數值孔徑大，可以從從光源里耦合更多的光功率。
同時，網絡中連接器、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光二極管(LED)高很多。
其次，網絡規模小，則單位光纖長度使用光源個數多，干線中可能幾百公里用一個光源，而十幾公里甚至幾公里的每個網絡各有獨立的光源。如果網絡使用單模光纖配用激光器，網絡總體造價會大幅度提高。據統計，單模光纖網絡的成本是多模光纖的4倍。目前，新型的廉價的垂直腔面發射激光器及其收發模塊已商用，價格與LED接近，其圓形的光束斷面和高的調制速率正好補償了 LED的缺點，大大降低了多模光纖網絡的運行成本。
綜上所述，我們可以看出，多模光纖具有的數值孔徑大、易于連接、配套的器件成本較低，承載容量大等優點，使其成為短距離光纖通信的首選。
在多模光纖中，不同的導引模的群速度不同會引起色散(模間色散)，模間色散嚴重制約了多模光纖的帶寬-距離乘積值，進而限制了其傳輸能力。在實際的光通信網絡中， 我們利用MIMO (多輸入多輸出)技術可以提高其傳輸能力。
模式復用技術便是光路MIMO技術的一種。該技術利用了多模光纖可同時傳輸不同模式的光的傳輸特點，將不同的模式作為相互獨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。基本原理是在發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相互正交的函數族來表示。通過選擇模式激發來分別激發每一個模式，并且在接收端利用場的正交性來分別探測各個模式，就可以實現模式的復用。
目前，比較成熟的光復用技術有波分復用，頻分復用，空分復用等，基于多模光纖的模式復用屬于一種較新型的復用技術，它很好的利用多模光纖可以同時傳輸多個模式信號的這個優點，同時又大大提高了多模光纖的傳輸能力，與傳統的光復用技術相比，有效的提高了頻譜效率，具有很大的發展潛力。
當前利用光纖傳遞信號大部分是應用波分復用和頻分復用，有關于模分復用的應用卻沒有報道。發明內容
為克服現有技術中存在的不足和缺陷，本發明提出了一種利用多模光纖的模分復用同時傳輸多個信號的系統和方法。
本發明的技術方案是按以下方式實現的
一種利用多模光纖的模分復用同時傳輸多個信號的系統，包括固體激光器、光纖準直器、單模光纖、光調制器、光纖稱合器A、B、多模光纖、光解調器，其特征在于固體激光器位于多個光纖準直器之前，每個光纖準直器通過支架將其固定，每個光纖準直器后接一根單模光纖，每根單模光纖后面連接一個光調制器，各光調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，單模光纖的個數與上述光纖準直器的個數一一對應，每根單模光纖后接一個光解調器， 各路單模光纖經各自的光解調器進行光解調后輸出光信號；其中光調制器的調制頻率與光解調器的解調頻率一一對應。
所述的固體激光器是激光二極管端面泵浦固體激光器。
一種利用上述系統進行多個信號同時傳輸的方法，步驟如下
I)將模分復用系統連接好，將固體激光器電源打開，將光功率計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和固體激光器之間，利用掃描干涉儀測量出固體激光器發出的激光的激光模譜，之后用光功率計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；調整各光纖準直器的支架，使得各光纖準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，將光調制器的電源打開，各路信號經光調制器調制后分別加載到各不同模式的激光上；
4)將光解調器的電源打開，加載信號的各不同模式的激光經單模光纖傳輸到光纖耦合器A，通過光纖耦合器A耦合到一根多模光纖再進行信號傳輸，傳輸到多模光纖的另一端后，再利用光纖耦合器B將這些不同模式的光波分離開來，分別通過解調器進行解調，得到了不同的信號，這樣就能利用模分復用同時傳遞多個信號。
本發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出的激光的激光模譜，并用光功率計確定不同模式激光的能量，之后用光功率計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，將光線準直器放置在這些位置上，光纖準直器將不同模式的光分別輸入到不同的單模光纖中，利用光調制器將信號調制到激光上， 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，利用光解調器將不同的信號從不同模式的光上解調出來。本發明的檢測原理如下固體激光器發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，我們可以利用這個特點把不同模式的激光分離開來。將不同模式的激光分開后，將不同的信號經光調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傳遞多個信息。當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出來，這樣就實現了多模光纖的模分復用。本發明具有以下特點將不同的模式作為相互獨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；多模光纖具有的數值孔徑大、易于連接、配套的器件成本較低，承載容量大等優點，適合短距離的光纖通信。
圖I是本發明多模光纖模分復用系統的結構示意圖。其中，1.固體激光器，2.光纖準直器，3.單模光纖,4.光調制器，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.光解調器。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明，但不限于此。實施例I :本發明實施例I如圖I所不，一種利用多模光纖的模分復用同時傳輸多個信號的系統，包括固體激光器I、光纖準直器2、單模光纖3、8、光調制器4、光纖稱合器A(5)、B(7)、多模光纖6、光解調器9,其特征在于固體激光器I位于多個光纖準直器2之前,每個光纖準直器2通過支架將其固定，每個光纖準直器2后接一根單模光纖3，每根單模光纖3后面連接一個光調制器4，各光調制器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的個數與上述光纖準直器2的個數一一對應，每根單模光纖8后接一個光解調器9，各路單模光纖8經各自的光解調器9進行光解調后輸出光信號；其中光調制器4的調制頻率與光解調器9的解調頻率一一對應。所述的固體激光器I是激光二極管端面泵浦固體激光器。實施例2:I)將模分復用系統連接好，將固體激光器電源打開，將光功率計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和固體激光器之間，利用掃描干涉儀測量出固體激光器發出的激光的激光模譜，之后用光功率計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；調整各光纖準直器的支架，使得各光纖準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，將光調制器的電源打開，各路信號經光調制器調制后分別加載到各不同模式的激光上；4)將光解調器的電源打開，加載信號的各不同模式的激光經單模光纖傳輸到光纖耦合器A，通過光纖耦合器A耦合到一根多模光纖再進行信號傳輸，傳輸到多模光纖的另一 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，分別通過解調器進行解調，得到了不同的信號，這樣就能利用模分復用系統同時傳遞多個信號。
權利要求
1.一種利用多模光纖的模分復用同時傳輸多個信號的系統，包括固體激光器、光纖準直器、單模光纖、光調制器、光纖稱合器A、B、多模光纖、光解調器，其特征在于固體激光器位于多個光纖準直器之前，每個光纖準直器通過支架將其固定，每個光纖準直器后接一根單模光纖，每根單模光纖后面連接一個光調制器，各光調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，單模光纖的個數與上述光纖準直器的個數一一對應，每根單模光纖后接一個光解調器， 各路單模光纖經各自的光解調器進行光解調后輸出光信號；其中光調制器的調制頻率與光解調器的解調頻率一一對應。
2.如權利要求I所述的一種利用多模光纖的模分復用同時傳輸多個信號的系統，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。
3.一種利用權利要求I所述系統進行多個信號同時傳輸的方法，步驟如下1)將模分復用系統連接好，將固體激光器電源打開，將光功率計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和固體激光器之間，利用掃描干涉儀測量出固體激光器發出的激光的激光模譜，之后用光功率計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；調整各光纖準直器的支架，使得各光纖準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，將光調制器的電源打開，各路信號經光調制器調制后分別加載到各不同模式的激光上；4)將光解調器的電源打開，加載信號的各不同模式的激光經單模光纖傳輸到光纖耦合器A，通過光纖耦合器A耦合到一根多模光纖再進行信號傳輸，傳輸到多模光纖的另一端后，再利用光纖耦合器B將這些不同模式的光波分離開來，分別通過解調器進行解調，得到了不同的信號，這樣就完成了利用模分復用同時傳遞多個信號。
全文摘要
一種利用多模光纖的模分復用同時傳輸多個信號的系統和方法，屬光纖通信技術。系統包括固體激光器、光纖準直器等。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，分別用光纖準直器接收再用單模光纖引出，將不同的信號調制到不同模式的光上，再將調制好的光信號耦合到一根多模光纖中進行傳輸，到接收端后，再利用光纖耦合器將不同模式的光分開，分別進行解調，進而得到不同的信號。本發明特點為將不同的模式作為相互獨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；本發明用多模光纖具有的數值孔徑大、易于連接、配套的器件成本較低，承載容量大等優點，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 優先權日2012年10月16日
發明者常軍, 高婷, 王宗良, 朱存光, 李晨, 王強, 劉永寧 申請人:山東大學