面向高速模分复用系统的精细空间光调制技术研究

Recently the optical mode division multiplexing (MDM) technique has been proposed to break the limitation on the transmission capacity of traditional fiber links, which makes this technique attract growing attentions from the photonic community. On the other hand, the spatial light modulation (SLM) method with the ability to spatially manipulate the amplitude and phase of optical signals, conforms well with the spatial characteristic of MDM technique. Consequently, it is hopeful to use the SLM skill to solve parts of key issues in high-speed transmission systems. In this context, this project aims at exploring solutions to several important problems in optical MDM systems by employing the SLM method. The research contents include three parts. Firstly the signal predistortion method based on cross spatial light dispersion skill will be considered to suppress the link impairments in MDM transmission systems. Then, in order to achieve flexible switch and exchange between multi-channels, the optical add/drop multiplexing approach for a single wavelength and mode channel will be explored by using the SLM method. Finally, mode demultiplexing methods will be studied to simplify the electrical signal process at the receiver. The research contents mentioned above have important application value for the development of MDM technique.

近年来兴起的光学模分复用技术是突破传统光纤传输容量极限的有效解决方案，成为高速光纤通信领域新一代的研究热点。而能够对空间光信号幅度及相位进行灵活操控的空间光调制技术，契合了空分复用系统的空间特性，有望成为解决高速传输链路中部分关键问题的核心技术。在这种背景下，本项目针对目前光学模分复用技术面临的几个重要问题，探索基于精细空间光调制技术的解决方案。研究的主要内容分为三个部分：首先，结合二维空间光色散手段，研究基于精细光谱操控的信号预失真技术，解决多模传输系统中的链路损伤问题；其次，基于空间光调制技术，探索针对单一模式及波长信道的分插复用技术，实现灵活的信道交换及处理；最后，研究多模解复用及信道均衡技术，用空间光调制方法简化接收端信号处理难度。这些研究工作及成果对于模分复用技术的发展具有较为重要的应用价值。

随着宽带业务需求的强劲推动，网络容量需求呈爆炸式增长。无论是作为骨干网络主要支柱的光纤通信，还是接入网络关键技术的无线通信，都迫切需要新一代技术革新激励其向超宽带、超高速、超长距离方向发展。.针对上述需求，本课题旨在利用空间光学技术结合精细频谱控制解决高速通信系统中的信号发送、处理及信道操控等关键问题。在执行阶段，课题主要从三个方面展开研究：(1) 研究基于空间光谱控制的任意模式光学信号产生技术，并实现高阶模式间的任意转换；(2) 利用光谱构造及频谱操控技术解决高速光通信系统中的信号处理及信道操控等问题；(3) 研究基于空间光调制技术的多信道复用方案，实现多制式多信道信号的产生及传输。目前已取得的主要成果包括：(1) 提出了基于空间光谱控制的任意模式光学信号产生技术，并实现了高阶模式间的任意转换；(2) 提出了基于频梳及多信道控制的高阶信号产生方案，并进行了传输实验验证；(3) 研究了基于空间光调制器的多模式信道传输控制及信号预失真技术，实现了光载射频信号的高性能传输。上述成果除了针对光学模式复用技术外，还将精细光谱构造技术扩展应用到光载射频传输领域，也取得了较好的实用效果。