[发明专利]光通信方法和系统

说明书

本发明涉及光通信方法和系统。具体地，本发明涉及被配置成从入射光束创建复用光束的光通信方法和系统，其中，复用光束包括以独立于波长的方式同时生成和复用在一起的预定数量的空间模式。空间模式具有两个空间自由度。复用光束在通信系统中以独立于波长的同时方式在其复用下游被解复用以产生预定数量的空间模式。模式在光通信中被用作信道或用作比特编(解)码方案中的比特。

技术领域

本发明涉及光通信方法和系统，具体地涉及用于增加光通信带宽的方法和系统。

背景技术

光通信网络中全球数据业务量的日益增长造成带宽“容量危机(capacitycrunch)”的风险。通过使用复用技术例如偏振分割复用(PDM)和波分复用(WDM)已经实现了网络传输容量的显著改进。然而，这些技术未来仍可能无法满足全球带宽容量需求。

一种技术，空分复用(SDM)，具体地模分复用(MDM)，由于其可能应对光传输系统中巨大的容量需求的能力而在光通信领域获得了相当大的关注。在基于MDM的通信系统中，正交模式基(orthogonal modal basis)中的每个空间模式可以用作独立的信息载体，这使光纤或自由空间光学中的总容量通过等于所用模式的数量的因子增加了几个数量级。

一些MDM系统已经使用双偏振的6个线性偏振模式通过少模光纤在74.17km的传播上实现了41.6Tb/s的传输容量。在自由空间通信中，一些系统使用4个轨道角动量(OAM)报告了2.56Tb/s的比特率和95.7b/s/Hz的频谱效率。此外，还在自由空间光链路上使用具有多个OAM和相同较高径向级的4个拉盖尔高斯模式实现了400Gbit/s传输容量。OAM是光数据通信的特定模式基。由于前面提到的带宽实现，OAM由于其光学性质以及易于使用纯相位光学元件来检测而成为很多情况下的首选模式。

然而，通过考虑OAM复用自由空间光学(FSO)链路中大气湍流和串扰以及系统误码率(BER)的影响，至少在实验上已经表明，湍流引起的信号衰落将显著恶化链路性能并且可能在强湍流中导致链路中断。此外，OAM没有充分利用MDM的潜力，因为其不过是拉盖尔高斯(LG)光束的全部空间的子空间。

本发明的目的是解决常规MDM光通信系统的缺点或提供MDM技术的至少一种替代形式用于增加光通信带宽。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种光通信方法，包括：

接收具有一个或更多个波长的至少一个入射光束；

使用第一光学元件作用于所接收到的入射光束来以独立于入射光束的一个或更多个波长的方式创建单个复用光束，单个复用光束包括入射光束的每一个或更多个波长的预定数量的空间模式的复用，其中，预定数量的空间模式中的每一个具有至少两个空间自由度；以及

将复用光束用于光通信，其中，空间模式被用作载波和比特编码方案中的比特中的一者或两者。

应当理解的是，可以与入射光束的一个或更多个波长无关地生成空间模式。

该方法可以包括使用第一光学元件作用于单个入射光束以：

创建预定数量的空间模式，每个空间模式具有两个空间自由度，其中，两个空间自由度是空间模型中的两个自由度；以及

在空间模式的创建期间向空间模式中的每一个应用相位梯度来产生光栅；以及

仅使用第一衍射级用于创建预定数量的空间模式。该方法可以包括复用第一衍射级以形成复用光束。应用相位梯度可以包括向每个模式应用线性光栅。

该方法可以包括从包括笛卡尔对称(Cartesian symmetry)中拉盖尔高斯光束的径向指数和角向指数以及厄米-高斯光束的X轴指数和Y轴指数的组中选择两个空间自由度。应当理解的是，具有两个空间自由度的其他光束可以用作空间模式。