可调的通用模分复用器研究

Mode (space) division multiplexing (MDM) is a novel multiplexing technology for optical communications. Mode multiplexers/de-multiplexers (MUXs/DEMUXs) are the key components for the MDM technology. This research aims to realize the novel tunable mode MUXs/DEMUXs based on the orthogonal transformers with feedback along with the multimode interference (MMI) effect. The proposed MUXs/DEMUXs are suitable for waveguides/fibers with different structures, and are able to separate the degenerated modes. Furthermore, they are easy to be integrated with other functional devices and are tunable during their implementation. We plan to develop the numerical and analytical simulation models to analyze, design and optimize the proposed device; we also plan to use the e-beam lithography technology to fabricate the MMI couplers and the feedback control structures on the SOI platform. The novel tunable mode MUXs/DEMUXs for different types of multimode waveguides/fibers will be realized based on the orthogonal transformers with feedback. The outcomes of this work, which are of great value both theoretically and practically, can be implemented in the emerging MDM systems and greatly enhance the transmission capacity of the optical communication systems.

模分（空分）复用技术是一种新型的光通信复用技术，模分复用器件是其中的核心关键器件。本研究拟结合多模干涉现象，引入反馈式正交变换进行模场变换，进而实现可调的通用型模分复用器件。该方案所设计的模分复用器件具有适用于不同的波导（光纤）结构、能够实现简并模式分离、易于与其他功能器件集成、可调谐等特点。研究拟从数值仿真方法、解析模型出发，发展一系列针对该器件的分析、设计、优化方法；在实验方法上，拟应用电子束曝光技术，在绝缘体上硅（SOI）平台上制作片上多模干涉波导和反馈控制结构，实现反馈式正交变换，并基于其实现适用于不同多模波导（光纤）的可调的通用模分复用器件。相关成果具有较大的理论和应用价值，能够应用于目前正在兴起的模分复用系统，极大地提高光通信系统的传输能力。

模分（空分）复用技术是一种新型的光通信复用技术，模分复用器件是其中的核心关键器件。本项目研究从模分复用系统中模式的产生和探测出发，提出了一种以往未观测到的径向Talbot效应以产生多种环形Bessel模式，并提出了单点强度探测下相位恢复的改进算法，实现模分复用接收机架构的简化。继而建立了模分复用系统中模式耦合的解析模型，极大地降低了分析的复杂度（两个数量级）；基于该理论设计的模分复用系统，其传输效率理论极限提升约10%。进而探究了可调模分复用器的两种实现方式。其一基于多芯光纤、其二基于特殊设计的空间调制相位。基于两种方案设计的模分复用器具有可调谐、低串扰的特点，可以应用于未来的模分复用系统。在项目开展过程中，还针对模分复用系统的其他关键技术进行了探究，并与相应企业合作，研究相关的技术产品。