[发明专利]一种基于双光子灯笼和少模光纤环形器的少模光纤模式耦合测量装置

说明书

一种基于双光子灯笼和少模光纤环形器的少模光纤模式耦合测量装置，属于光纤特性测量技术领域。由光源、光子灯笼A、少模光纤环形器、被测光纤、光子灯笼B、光电探测模块和信号处理模块组成；由光源产生的光脉冲信号通过光子灯笼A进行空间模式转换并输出指定的单一受激模式，结合少模光纤环形器的单向传输特性，受激模式通过少模光纤环形器进入被测试光纤，随后被测光纤中受激模式和受激模式耦合到非受激模式所产生的背向瑞利散射光通过少模光纤环形器进入光子灯笼B进行空间模式解复用并从相应的模式端口输出，并对输出各路背向散射光进行光电探测及数据处理，即可实现少模光纤模式耦合系数的测量。

技术领域

本发明属于光纤特性测量技术领域，特别是涉及一种基于双光子灯笼和少模光纤环形器的少模光纤模式耦合测量装置。

背景技术

随着全球带宽消耗型业务的迅速增长，致使单模光纤系统容量接近香农极限。为了突破单模光纤通信系统容量的非线性“香农极限”，模分复用(Mode DivisionMultiplexing,MDM)技术通过挖掘模式这一新的空间维度进行模式复用，极大提升了光纤通信系统的容量。然而，伴随着容量和传输速率的提升，MDM系统对各种信号损伤的容忍度随之降低，使得系统的可靠度降低。因此，开展模分复用系统损伤测量理论及方法的研究具有重要的实际意义。

MDM系统以少模光纤(Few-Mode Fiber，FMF)作为传输媒质，存在自身特有的损伤—模式耦合(Mode Coupling，MC)、差分模时延(Modal Group delay,MGD)和模式相关损耗(Mode Dependent Loss,MDL)等，严重劣化模分复用系统的传输性能、限制模分复用系统的传输距离，影响了MDM系统的传输效率及系统的可靠性。其中，少模光纤模式耦合导致传输信道之间发生能量交换，破坏了信道的独立传输，导致系统传输性能恶化，是MDM系统始终未能在实际中被广泛应用的根本屏障。通过对少模光纤模式耦合分布的测量，为MDM系统损伤补偿、量化模式耦合与少模光纤参数之间的关系等提供可靠依据，进而改善MDM系统系能，优化少模光纤的结构设计。此外，少模光纤模式耦合测量在信道建模和信道动态信息研究方面也有着极其重要的意义。

随着模分复用技术研究进程地不断加快，模式耦合的测量方法的研究也备受国内外学者瞩目。目前，模式耦合测量方法主要有空间和光谱解析成像法、波长扫描干涉法、脉冲响应法和背向散射法等。然而，空间和光谱解析成像法需借助多元统计分析实现模分复用系统模式耦合的测量，复杂度较高；波长扫描干涉法测量系统结构较为复杂；脉冲响法需要发送训练序列，并对接收数据进行最小均方估计进而求出系统的脉冲响应，增加了很多额外开销；且上述三种模式耦合测量系统结构均需双端测量，不易于实际应用。基于背向瑞利散射的少模光纤模式耦合测量方法是通过测量光纤中的背向瑞利散射光来实现的，该方法只在光纤一端就可以实现模式耦合测量，测量系统结构简单，实用性强。然而，目前基于瑞利散射的模式耦合测量测量装置需要使用光隔离装置和声光调制器构成光开关去消除光纤输入端引起的菲涅尔反射，以减小盲区提高测量的动态范围，致使系统结构较为复杂。因此，设计一种更加简易高效且盲区小的少模光纤模式耦合测量装置是十分有意义的。

发明内容

针对少模光纤模式耦合测量技术的不足，本发明提出一种基于双光子灯笼和少模光纤环形器的少模光纤模式耦合测量装置，实现少模光纤模式耦合系数的精确测量，为MDM系统损伤补偿、量化模式耦合与少模光纤参数之间的关系等提供可靠依据，进而优化少模光纤的结构设计，改善MDM系统系能。

本发明为解决上述问题所采取的技术方案是：一种基于双光子灯笼和少模光纤环形器的少模光纤模式耦合测量装置，其结构如图1所示，由光源101、光子灯笼A 106、少模光纤环形器108、被测光纤109、光子灯笼B 111、光电探测模块112和信号处理模块113组成；