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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

最近几年由于互联网的飞速发展，大数据，云计算和物联网等网络业务的高速发展，于是数据量的要求的高速增长，因此传输速率是当前我人们对于通信系统有了更高的需求。如何能够提升现有目前已经拥有的光纤网络的们研究的重点方向。当今时代，光网络的升级很快，目前正在大力发展的5G网络，对下一代的通信解决方案期望更高跟快，以及更短的时延和更短的响应时间。5G的需求也位光纤通信创造了新的市场机会，为了能够达到5G所需的标准，光纤通信技术则越发需要升级换代。然而单模光纤的传输技术，主要是基于时分复用，波分复用，偏正复用等，单模光纤的传输容量已经无限接近于香农极限。于是大家开始思考，通过多种模式的复用，以及多模多芯的方式，来提高系统的传输容量。还有就是因为虚拟现实等产业的普及多种新时代的宽带的迅速发展，人们也发展了空间维度的光传输技术。比如基于少模光纤（FMF）

的模分复用技术（MDM）的技术将FMF中有限的正交模式作为独立信道进行并行传输，可以提高系统的传输容量。

国内外研究现状

2005年，Leon-Savald等提出将基于光纤布拉格光栅的单模光纤器件与多模光纤耦合，发现可以滤除这些散射红外光。2011年，Blandhawthorn团队实现这一设计。实验证明，通过了在两个光子灯笼间完全相同的七单模光纤上刻写了光纤光栅进行滤波，因而可以以观测到更加暗的夜空背景并且可以很有效的滤除这一段的羟基散射。由于这一良好的光学特性，光子灯笼也被利用在激光通信领域，将多个单模（SM）光纤中传输信息低损耗的耦合到一个或者多模（MM）光纤里。因为光子灯笼能够在多模光纤和多个分离的单模光纤之间实现低损耗传输，这就保证了单模技术在多模系统中的应用，随着研究的日益加深，光子灯笼在光系统的模式控制中实现了重要的应用。因为少模光纤模分复用通信相关技术也得到快速发展，大家将模分复用通信系统分为弱合系统和强耦合系统。一般的强耦合模分复用系统是用传统的圆形芯光纤作为传输光纤，由于模式间具有强耦合特性，接收端就需要结合（MIMO）数字信号来处理算法滤除模式耦合所导致的信号的串扰。不过因为MIMO算法的很复杂，各个模式之间的耦合导致模式无法作为独立维度在网上进行交换。目前研人员普遍采用的模式群复用的方法来进行弱耦合模分复用，把光纤传播中常数相近的简并成一个模式群，且每一个模式群只加一路信号，因为不同模式群之间的传播常数相差很大，不容易发生耦合的情况，因此可以实现低耦合模分复用的传输，不过这种传输方式不能合理利用光纤模式的资源，所以会降低模式的利用率。空间模分复用技术于是因运而生，研究发现空间模分复用技术可以将光纤通信的容量提升十倍起。模分复用技术死以光纤中互相正交的模式作为独立信道来加载信号然后传输信息，由此形成了多输入多输出的（MIMO）信号通道，它可以提高系统通信的传输容量。2015年，Chang等设计了全光纤型的模式复用器，利用了LP01和LP11两个简并模式，实现了3路32WDM120Gb/s脉冲宽度调制。空分复用（Space-Division Multiplexing,SDM）技术可大幅提高传输容量，SDM是通过多模光纤中不同的模式分别承载信号进行传输以及多芯光纤的多个物理传输通道，从而提高系统一个自由度。在短距离的传输系统里，对于空分复用有了一些研究。Franz团队报道了一个5公里标准的渐变型多模光纤中用二进制启闭键调制和直接检测的方式传输信号。在这种模式下，用一个由相位掩模组成的模式转换器来激发所需的模式。Gasulla的团队在1公里的FMF中使用四组模式，使用直接检测的OOK传输4种不同的数字信号，根据所查找的文献显示，少模串扰对短距离的传输信号影响不大。

2. 研究的基本内容

本文首先是对于光电器件以及芯模同传的相关技术原理进行解释，对于芯模同传系统的结构原理进行重点分析。然后对于本文需要研究的基于光子灯笼的芯模同传系统，是通过仿真软件OptiSystem搭建，并对搭建该系统所需的光电器件进行了简单介绍。最后通过该软件搭建4信道的多模多芯传输系统，并对传输过程进行优化，得到理想的传输结果。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

1、掌握什么是多芯光纤

2、了解光纤中的模式传输理论

3、 设计一种芯模传输系统

4. 参考文献

[1]毕园. 多模多芯光传输系统中的快速、高性能改进型均衡方法研究[D].北京邮电大学,2018. [2]陈保峰,吴雅婷,张倩武,汪敏.基于光子灯笼的220Gb/s PAM4信号模分复用传输[J].光通信技术,2019,43(03):16-19. [3杨欢,陈子伦,刘文广,陈金宝.光子灯笼研究进展[J].激光与光电子学进展,2018,55(12):19-31. [4]曾星琳,李岩,伍剑.模分复用系统中的新型弱耦合少模光纤及器件技术[J].邮电设计技术,2018(06):83-87. [5]陈健,黄青青,张倩武,王腾,曾祥龙,宋英雄,李迎春,张俊杰.基于光子灯笼的正交频分/模分复用IM-DD多模光纤传输系统[J].光学学报,2018,38(06):102-108. [6]武蕊. 基于模分复用的光载无线系统研究[D].北京邮电大学,2018. [7陈嘉轲,胡贵军,韩悦羽.基于光子灯笼的33模分复用通信实验系统[J].中国激光,2017,44(11):222-228. [8]Sergio G. Leon-Saval,Nicolas K. Fontaine,Rodrigo Amezcua-Correa. Invited article: Photonic lantern as mode multiplexer for multimode optical communications[J]. Optical Fiber Technology,2016.