【摘 要】
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随着信息时代的到来,越来越多的人类活动依赖于数据的高速大容量传输,网络的普及使得人们对于通信网络的容量提出了更高的要求。光纤通信技术是当今全球通信网络的主干,一直以来光纤通信技术不断革新,各种改进使得单模光纤构成的通信网络的的容量已经接近了理论的极限值。因此,寻找新的突破口来提升光纤通信的容量刻不容缓。空分复用技术(SDM)因此受到了人们越来越来的关注,模分复用技术,作为空分复用技术的一种,利用各
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随着信息时代的到来,越来越多的人类活动依赖于数据的高速大容量传输,网络的普及使得人们对于通信网络的容量提出了更高的要求。光纤通信技术是当今全球通信网络的主干,一直以来光纤通信技术不断革新,各种改进使得单模光纤构成的通信网络的的容量已经接近了理论的极限值。因此,寻找新的突破口来提升光纤通信的容量刻不容缓。空分复用技术(SDM)因此受到了人们越来越来的关注,模分复用技术,作为空分复用技术的一种,利用各模式间的正交性,将各个模式同时射入一根多/少模光纤进行传输。模分复用(MDM)的关键技术是对模式进行控制,包括转换、复用、过滤和交换等。本文对模分复用通信系统中模式控制进行研究,论文的具体内容如下:第一、研究了多平面光转换(MPLC)实现模式控制的理论基础,包括线性偏振(LP)模式、拉盖尔高斯(LG)模式、轨道角动量(OAM)模式和厄米特高斯(HG)模式的特性和表达式,推导了衍射的角谱表达、夫琅禾费衍射、菲涅尔衍射、透镜的傅里叶变换,以及其在Matlab软件的具体实现方法。研究了 MPLC的数学理论基础、实际结构和重要实验器件,讨论了 MPLC相位文件计算所涉及的波前匹配算法(WFM)算法和模拟退火算法。第二、设计并通过仿真实现了一种新的OAM模式复用器,通过仿真证明了对3个或4个OAM模式的动态复用,和传统方法相比可以快速的在不同复用情况间切换,插入损耗约为-0.5dB左右,最大串扰不超过-21dB。研究了 MPLC平面数量和算法参数的具体选择方法,提出了一种模拟退火算法的改进,平滑得改变多个像素点,通过仿真证明改进可以有效提高模拟退火算法在计算相位文件时的计算速度和平滑度。第三、设计并通过仿真实现了一种新型的HG模式过滤器和一种LP模式过滤器,通过仿真所有的过滤情况,证明了器件可以高速的实现模式的动态过滤,消光比大于20dB,平均模式纯净度大于95%,可以适应模分复用系统构建的光网络的模式过滤需求。初步证明了MPLC实现模式交换和模式分插复用功能,在未来光网络中有着很好的应用前景。
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