經由多模光波導在發射站和接收站之間傳輸光信息的方法和設備的製作方法

2023-05-26 22:53:16 3

專利名稱：經由多模光波導在發射站和接收站之間傳輸光信息的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1前序部分的用於經由多模光波導在發射站和接收站之間傳輸光信息的方法和設備以及一種根據權利要求21前序部分的適於執行該方法的設備。
背景技術：
近年來始終進一步開發用於完全不同的數據傳輸目的的基礎架構。在這種情況下，要求提高數據傳輸中的帶寬的要求已經對傳輸技術的技術上進一步開發產生了重要影響。在這種情況下，不僅是銅纜線網絡中藉助於電信號的傳輸、而且還有光波導網絡中藉助於光信號的傳輸都已經取得了很大的進步。但是，所實現的由此附加提供的帶寬的提高總是又被要傳輸的更大的數據量抵消。現在，利用波分復用工作方式(Wellenlangenmultiplexbetrieb )的光學
傳輸系統提供了單個方式(Ansatz)來在單個傳輸媒介中在數百公裡的距離上以每秒數兆兆位的總數據傳輸率傳輸數據流。當今商業上應用的系統以每個玻璃纖維直到3. 2T位 /s的容量工作。容量需求以每年大約50%到100%的速度增加。通過使用附加的波段(WellenlangenBander)和帶寬效率的提高，在該方式
的情況下可以以合理的花費將最大能實現的容量在提高大約20倍。如果容量需求保守估計在將來還以50%每年的速度上升，則在八年後需要新的解決方案來滿足該需求，而對於每年100%的增長則在五年後就已經需要新的解決方案了。因此要需求一種可能性來使得能夠實現遠大於20倍的傳輸容量提升。第一代纖維光學傳輸系統以單個波長或一個光學載波工作，並且實現34M位/s的容量。數據信號藉助於兩級強度調製被施加到載波上，發射器接通表示「1」位，而切斷表示 「0」位。每一代傳輸容量的提升通過縮短符號持續時間(Symboldauer)來實現，這允許每個時間單位傳輸多個位。這個時分復用工作方式提供了一種可能的方式來提高比特率。現今市場上能得到的傳輸系統通過電的時分復用工作方式實現了直至40G位/s的信道數據傳輸率。在實驗室中藉助於光的時分復用工作方式能實現略微超過IT位/s的信道數據傳輸率。通過所謂的波分復用工作方式(WDM)實現每個纖維傳輸容量的進一步提高，即在一個纖維中以不同的波長傳輸多個信道(參見圖1)。多個光發射器OS以不同波長產生信號TX。它們藉助于波分復用器麗被合併並且可以然後在光學放大器OV1. . . OVnl中一起被放大並且在傳輸纖維段IiF1...—起被傳輸。在傳輸路徑末端，波分解復用器 (Wellenlangendemultiplexer )wd又將所傳輸的信號TX分開並且將它們作為輸入信號RX饋送給各個接收器0E。現今商業上提供的系統藉助於WDM技術傳輸直至80個信道，這在信道數據傳輸率為40G位/s的情況下提供3. 2T位/s的總容量。80信道系統以50GHz的信道間距工作。這在信道數據傳輸率為40G位/s的情況下對應於0. 8位/s/Hz的帶寬效率。偏振復用工作方式(即以在長途通信技術中所使用的單模纖維的兩個正交偏振傳輸兩個獨立的信號)提供了另一方式來提高帶寬效率。藉助於該方法可以在信道數據傳輸率和波長數量相同的情況下使傳輸容量翻倍。多級調製方法使得能夠進一步提高帶寬效率。其如兩級或雙重強度調製那樣每個時間單位或符號不僅傳輸一個位，而是多個位。差分四相相位調製(DQPSK)作為四級方法通過每個符號傳輸兩個位而在符號傳輸率相同的情況下與雙重方法相比使得能夠實現比特率的翻倍。在相同信道間距和相同符號傳輸率的情況下，對每個符號傳輸的位的進一步提高提供了進一步更高的帶寬效率。例如，八級差分相位調製方法D8PSK使得能夠每個符號傳輸3個位。但是，更高級的方法始終更小的符號間距導致對光學的信噪比的要求，這些要求對於所期望的作用範圍而言幾乎還不能被滿足。此外，更高級的方法過度強地受到傳輸纖維中非線性效應的影響，這附加地限制了作用範圍。在長途通信技術中與偏振復用工作方式結合地使用四級調製方法似乎是差不多能實現的。因此，與現今所使用的沒有偏振復用工作方式的兩級調製方法相比，在符號傳輸率和信道間距相同的情況下，帶寬效率可以提高4倍到3. 2位/s/Hz。附加信道的傳輸同樣使得能夠提高傳輸容量。為此必須採用新的波段或者現今所使用的C波段必須被擴展。由於現今使用的波段邊緣處譜衰減的上升，在相同傳輸方法的情況下作用範圍減小。直至將現今所使用的信道數量翻大約五倍，該衰減上升才可以通過已知的方法彌補或容忍。結合帶寬效率的提高，信道數量的提高使得能夠將每個纖維的傳輸容量提高大約20倍。但是，這個倍數只能以巨大的技術開銷來實現。安裝具有自己的纖維的第二傳輸系統也使得能夠使每個信道的傳輸容量翻倍。但是處於費用的考慮排除了這種空間復用(Raummultiplex)方式。因此，目前還沒有任何方式已知能夠使得在長途通信技術中能夠經濟地將傳輸容量顯著地提高超過20倍。

發明內容
因此，本發明的任務在於提供一種方法和設備。利用其可以提高每個光波導的光學波長復用傳輸系統的傳輸容量。對於方法，由權利要求1特徵部分的特徵結合相應前序部分的特徵來提供對於本發明任務的解決方案，而對於設備，由權利要求21特徵部分的特徵結合相應前序部分的特徵來提供對於本發明任務的解決方案。從屬權利要求給出了本發明的其他有利實施方式。本發明源自利用波分復用方法地通過多模光波導在發射站和接收站之間傳輸光學信息的方法。對於光波導，應該使用能夠在光學傳輸系統中使用的任何類型的傳導光波的纖維或線路。這樣的方法通過以下方式被進一步發展多個光學發射器為每個要傳輸的波長分別生成一個信號並且這些信號以多個波模(Mode)經由波模復用器 (Modenmultiplexer)和波長復用器(\Velleiil3iigeiimultiplexer )被接入到多模光波導上，其中多模光波導對於每個要傳輸的波模具有各自的在光波導中能傳播的模式 (Modus)，在經由多模光波導傳輸(並且在可能的情況下還有重新生成和/或放大)信號之後，所傳輸的信號經由波分解復用器分解為多組信號(每組信號的波長相同)並且經由波模解復用器(Modendemultiplexer)分解為模式相同的信號，然後從所傳輸的解復用後的信號中去除在經由多模光波導傳輸時由於各個波模之間的過耦合(tiberkoppeln ) 而產生的幹涉信號(Interferenzsignal)。根據本發明的方法使用波模復用工作方式 (Modenmultiplexbetrieb)來在一個波導中傳輸附加的信道。迄今為止的波分復用系統以單模波導工作。其只傳導單個模式，但是在兩個相互正交的偏振中傳導該模式，這利用了偏振復用工作方式。通過增大波導的芯直徑和/或提高波導的芯-套層(Mantel)邊界處的折射率跳變(Indexsprung)，可以提高在一個分級波導(Mufen-Wellenleiter)中傳導的波模的數量。即使對於不同形成的折射率特性(Brechzahlprofilen)，所傳導的波模的數量也隨著纖維參數V的增大而提高。多模波導已經用於短距離連接。在該應用情形中，一個單獨的信號在所有能傳播的波模中一起傳輸。而包含波模復用工作方式的根據本發明的方法使用每個能傳播的模式來傳輸各自的信號或信道。在這種情況下，分別通過各自的信號來有針對性地激發多模光波導的每個單獨的模式，以波模復用技術一起傳輸信號，然後分離信號以及消除由波模耦合所導致的幹涉信號。本發明的優點在於藉助于波模復用工作方式(在需要的情況下結合其他已知方法)可以將傳輸容量顯著地提高超過僅僅通過將時分復用工作方式、波分復用工作方式、偏振復用工作方式或多級調製方法組合而為所期望的作用範圍而能經濟地實現的容量。對於發射器側的信號復用與接收器側所接收信號的解復用的順序，可以使用不同的配置在第一實施方式中，對於復用，用於每個要傳輸的波長的信號可以首先接入到多個波模復用器上，然後接入到一個公共波分復用器上。在這種情況下，信號為了復用到波模復用器中通常都是以單模纖維的基本模式(Grimdmodus)饋送給波模復用器，其中在波模復用器中例如發生場強分布的轉化，其中每個進入的信號分別激發設置在波模復用器輸出側的多模光波導的一個模式。其前提是在波模服用器和波分復用器之間的多模光波導中能傳播的波模的數量至少等於信號在波模復用器和波分復用器之間應傳輸的那麼多。然後在波分復用器中，所有波長不同的信號組被匯聚在用於傳輸到接收站的單個多模光波導中，並且被輸送到用於遠距離傳輸的多模光波導中並且通常在反覆地放大和重新生成信號的情況下被傳輸更大的距離。但是在另一實施方式中可以考慮對於復用，用於每個要傳輸的波長的信號首先接入到多個波分復用器上然後接入到一個公共的波模復用器上。在這種情況下，信號為了復用到波分復用器中分別以單模光波導的基本模式饋送給波分復用器，並且在連接在波分復用器下遊的波模復用器中通過由波分復用器生成的各個波長組激發多模光波導的波模。相應地，在接收器側對於解復用，所傳輸的信號也首先接入到波分解復用器上然後接入到多個波模解復用器上。在這種情況下，波分解復用器分開各個波長的信道組，並且將一組信道以相同的波長經由多模光波導饋送給波模解復用器，在波模解復用器中於是將信號分離為各個波模。可替換地，在這裡也可以又通過以下方式改變波模和波長解復用的順序對於解復用，所傳輸的信號首先接入到波模解復用器上然後接入到多個波分解復用器上，其中在波模解復用器中將信號組分到各個波模中，波分解復用器以各個波長對信號進行分離。
此外重要的是對於經由多模光波導在發射站和接收站之間傳輸信號，以多模技術在發射器和接收器之間經由多模光波導來光學地放大和傳輸信號，從而所有包含在輸入信號中的關于波長和波模的信息完全包含並且傳輸給接收站。此外有利的是在方法中所使用的分級光波導中，多模光波導通過增大芯直徑和/ 或提高芯-套層邊界處的折射率跳變而具有更多數量的所傳導的波模。可替換地也可以考慮多模光波導在折射率特性不同形成的情況下通過增大纖維參數V具有更多數量的所傳導的波模。由此，用於傳輸信息的波模的數量可以根據傳輸需求或所需要的帶寬來調節。本發明還涉及一種用於利用波分復用方法經由多模光波導在發射站和接收站之間傳輸光學信息的設備，該設備尤其用於執行根據權利要求1的方法。這樣的設備包括具有用於每個要傳輸的波長的多個光學發射器的發射站，這些光學發射器生成信號並且將這些信號經由波模復用器和波分復用器接入到多模光波導上，其中多模光波導對於每個要傳輸的波模具有各自的在多模光波導內能傳播的模式。此外，該設備還包括具有多個光學接收器的接收站，這些光學接收器經由波分解復用器將所傳輸的信號分解為相同波長信號組並經由波模解復用器將所傳輸的信號分解為相同模式的信號。對於設備也如前面對於方法已經介紹的那樣可以考慮為了復用和解復用信息， 可以使用波模復用器和波分復用器的不同設置或波模解復用器和波分解復用器的不同設置。其中在第一實施方式中，發射站為了信號復用對於每個要傳輸的波長或波長信道分別具有一個波模復用器和處理波模復用器的輸出信號的一個公共的波分復用器。可替換地也可以交換波模復用器和波分復用器的順序，使得發射站為了信號復用對於每個要傳輸的波長或波長信道分別具有一個波分復用器以及處理波分復用器的輸出信號的一個公共的波模復用器。相應地也適用於接收站，其中為了解復用所有傳輸波長或波長信道的信號可以使用一個公共的波分解復用器和處理波分解復用器的輸出信號的多個波模解復用器。可替換地在這裡也可以交換波模解復用器和波分解復用器的順序，其中接收站為了解復用所有波長或波長信道的信號具有一個公共的波模解復用器和處理波模解復用器的輸出信號的多個波分解復用器。對于波模復用器的構造可以考慮波模復用器在輸入側具有數量與要傳輸的信號信道的數量相同的梯度透鏡GLein,它們將單模光波導的基本模式中信號的場強分布轉換為平行射束，並且在梯度透鏡GLein下遊連接有波模變換器MK，波模變換器使信號的場強分布變換為使得每個信號在匯聚到半透明的鏡面TS中並且藉助於下遊連接的梯度透鏡(GLaus) 聚焦之後各自激發設置在波模復用器輸出側的多模光波導的正好一個模式。在這種情況下，在波模變換器MK中可以設置有全息裝置(Hologramme)或適當的空間濾波器，利用其進行場強分布的轉化。對于波模解復用器的構造可以考慮波模解復用器具有輸入側的梯度透鏡GLein, 它將多模光波導的輸出信號轉換為平行射束，在該梯度透鏡GLein下遊連接有半透明的鏡面TS，該鏡面使平行射束倍增並且饋送給波模變換器MK，這些波模變換器分別將期望模式的場強分布變換為在下遊連接的梯度透鏡GLaus中聚焦之後激發輸出側單模光波導的基本模式的場強分布。在這種情況下，波模變換器MK優選地被構造為使得其保持場強的正交性。由此能實現波模解復用器將輸入側多模光波導的每個模式分別耦入到正好一個輸出側單模光波導中。此外可以在波模解復用器下遊連接波模交叉幹涉消除器 (Kreuzmodeninterferenzausloscher) XMIC，該波模交叉幹涉消除器分離沿著傳
輸路徑由波模耦合產生的幹涉分量。該波模交叉幹涉消除器XMIC可以對於每個輸入耦出一部分信號，將其與影響信號大小和相位的係數相乘並且將其饋送給另一輸出端。可替換地也可以考慮在波模解復用器下遊連接電氣組件，該電氣組件通過以下方式在轉變到電氣層之後從解復用後的信號中去除幹涉分量，即波模解復用器的輸出信號藉助於超外差式接收機(iJberlagerungsempfanger)被相干地檢測，然後被轉換為數位訊號。在這種情況下，在電氣組件中可以設置有用於數位訊號處理的裝置，該裝置按照波模交叉幹涉消除器的原理消除幹涉分量。作為上述解復用方式的替代，在接收站中還可以設置有用於在具有耦合區 (Koppelzone)KZ的多模光波導MM-LWL的輸出端之後進行相干檢測的波導裝置，該波導裝置逐漸轉化為多個單模光波導SM-LWL。在這種情況下，這多個離開的(abgehend)單模光波導被選擇為使得對於每個在多模光波導MM-LWL中傳導的模式設置至少一個單模光波導 SM-LWL。在這種情況下還可以考慮在這樣的實施方式中設置有一電路，該電路在相干檢測之後分離信號，優選藉助于波模交叉幹涉消除器分離信號。還可以考慮在耦合區KZ中設置有具有透鏡或其他成像元件(如彎曲鏡面或全息裝置)的自由輻射裝置(Freistrahlanordrumg)。對于波模解復用器的構造，波模解復用器還可以將本地振蕩器LO的信號與要檢測的信號疊加，為此例如設置有梯度透鏡GLm該梯度透鏡將本地振蕩器LO的輸出信號轉化為平行射束並且在半透明的鏡面TS中與要檢測的信號匯聚，然後藉助於梯度透鏡GLaus 將這兩個信號耦入到一單模光波導中。其中梯度透鏡GLuj例如可以被構造為生成相位差異 (Phasendiversitat )和 / 或偏振差異(Polarisationsdiversit3t)。在這種情況下，本地振蕩器LO的信號也可以垂直於另一信號的射束引導面地在波模解復用器中被饋送。還可以考慮本地振蕩器LO的信號藉助於半透明的鏡面TS被劃分並且饋送給多個梯度透鏡GL。


附圖示出了根據本發明的設備的一個特別有利的實施方式。在附圖中圖1示出了按照現有技術的波分復用傳輸系統的基本構造；圖2示出了按照本發明的具有附加使用波模復用工作方式的波分復用傳輸系統的設備的基本構造；圖3示出了一波模復用器的可考慮的實施方式；圖4示出了一波模解復用器的可考慮的實施方式；圖5示出了一具有本地振蕩器的波模解復用器的可考慮的實施方式；圖6示出了一波導實施方式中波模解復用器的可考慮的實施方式。
具體實施方式
在圖2中示出了按照本發明的具有附加使用波模復用工作方式的波分復用傳輸系統的設備的基本構造。
在這種情況下，多個光學發射器OS對於每個波長分別產生一個信號TX。這些信號 TX分別在單模光波導1的基本模式中被引導到多個相同的波模復用器MM中相應的一個波模復用器MM，這多個相同的波模復用器負責信號TX的不同波長範圍。在那裡轉換場強分布的形式，使得每個進入的信號TX分別激發到下遊連接的波分復用器WM的輸出側多模光波導2的一個模式。在多模光波導2中能傳播的波模的數量至少與應傳輸的信號TX的數量相同。多模光波導2將組合復用的(zusammengemultiplext)信號TX』饋送給波分復用器麗，這些組合復用的信號TX』的載波都具有相同的波長。在那裡，組合復用的信號TX』與來自其他波模復用器MM的其他波長的信號組匯聚為單個多模光波導3中的信號TX」，該多模光波導3進行更遠傳輸路徑的傳輸。
傳輸路徑IiFpiiFh^iiFn上後面的光學放大器0V」 OV2, . . . OVn, OVnl在傳輸信號TX」期間同樣以多模技術實現。在多模光波導3的傳輸路徑末端，波分解復用器WD首先在各個波長分離信道組，並且在多模光波導4中分別將一組具有相同波長的信道引導到波模解復用器MD。在那裡將信號RX』分離到各個波模中。因為在傳輸期間可能出現波模之間的過耦合，所以必須去除幹涉分量。然後提供各個信號RX進行未進一步示出的進一步處理。
波模復用器MM和波分復用器WM的順序或波模解復用器MD和波分解復用器WD的順序可以交換。在另一未示出的構造中，因此可以首先在多個波分復用器WM中將發射站7 中單模技術的波長組合，然後才在一個共同的波模復用器MM中通過各自的波長組激發多模纖維2的波模。在接收站6中，首先信號組在單個波模解復用器MD中被分離為不同的波模，然後多個波分解復用器WD分離各個波長的信號。可替換地，波模復用器MM和波分復用器WM也可以結合為一個共同單元，類似地還可以考慮將波模解復用器MD和波分解復用器 WD組合為一個共同單元。此外，波模復用工作方式可以與偏振復用工作方式結合。
圖3示出了一種波模復用器MM的一可能實施方式和原理構造。經由單模光波導 1以單模光波導1的基本模式傳送信號TX。與信號TX的數量相對應的多個梯度透鏡GLein 將單模光波導1輸出端的場強分布轉換為平行射束。在下遊連接的相應數量的波模變換器 MK中，信號的場強分布被變換為使得每個信號TX在匯聚到半透明的鏡面TS中及藉助於梯度透鏡GLaus聚焦之後激發輸出側多模光波導2的正好一個模式。波模變換器MK中場強分布的轉換例如可以藉助於全息裝置或適當的空間濾波器進行。
在圖4中示出了波模解復用器MD的實現的一個例子。多模光波導3在圖下部提供來自發射站7的要分離的波模組。多模光波導3的輸出信號藉助於梯度透鏡GLein被轉換為平行射束，在半透明的鏡面TS中被倍增，然後被饋送給波模變換器MK。在那裡分別將期望模式的場強分布轉換為在相應梯度透鏡GLaus中聚焦之後激發輸出側單模光波導4的基本模式的場強分布。如果波模變換器MK保持場強分布的正交性，則波模解復用器MD將輸入側多模光波導3的每個模式分別耦入到正好一個輸出側單模光波導4中。
然後以所選擇的實現方式在波模交叉幹涉消除器XMIC中分離沿傳輸路徑由波模耦合產生的幹涉分量。該波模交叉幹涉消除器對於每個輸入耦出一部分信號，將其與影響信號大小和相位的係數相乘，並且將其引導到另一輸出端。通過適當地選擇也可以依賴于波長的係數，因此對於每個支路可以消除在多模光波導3中通過沿傳輸路徑的波模耦合而附加到該支路的其他信號的分量。對幹涉分量的去除也可以在轉換到電氣層面之後進行。為此以未進一步示出的方式，波模解復用器MD的輸出信號藉助於超外差式接收機被相干檢測，然後轉換為數位訊號。幹涉分量的消除於是可以同樣按照波模交叉幹涉消除器XMIC的原理進行，但是是藉助於數位訊號處理來進行。如圖5所示，為了相干檢測而需要的本地振蕩器信號與要檢測的信號的疊加也在波模解復用器MD中進行。為此，本地振蕩器LO的輸出信號在梯度透鏡GLm中被轉換為平行射束並且在半透明的鏡面TS』中與要檢測的信號GLein匯聚。然後藉助於梯度透鏡GLaus 將這兩個信號耦入到一個單模光波導4中。其中有利地應使用在這裡未示出的相位差異， 並且在需要的情況下還使用偏振差異。此外，本地振蕩器LO的信號的饋送可以不是如這裡所示的那樣在一個平面中進行，而是從上面、即垂直於圖示面從上面進行。在本地振蕩器LO 的輸出功率足夠高的情況下，本地振蕩器LO的信號可以藉助於半透明的鏡面TS』被分割並且饋送給多個梯度透鏡GLm。通過該方式使得所需要的本地振蕩器信號源的數量比應檢測的輸出信號的數量少。因為在具有相干檢測或超外差式接收(iJberlagerungsempfang )的方式中
可以在電氣層面中分離信號，所以如圖6中所示的結構適合於作為波模解復用器md。在多模光波導3的輸出端MM-LffL後面從左向右是耦合區KZ。其最後在範圍SM-LWL中過渡到多個單模光波導5。其中，多個離開的單模光波導5被選擇為使得對於在多模光波導3中引導的每個模式設置至少一個單模光波導5。在該結構中，屬於多模光波導3中一模式的場強分布通常激發多個單模光波導5 的基本波模(Grimdmoden)。相應地，在相干檢測之後在電氣層面中對信號進行分離。這例如可以藉助于波模交叉幹涉消除器XMIC進行。代替耦合區KZ中的波導裝置，也可以使用具有透鏡或其他成像元件(如彎曲鏡面或全息裝置)的自由輻射裝置。在可能的情況下，這樣的裝置適合於也作為波模復用器匪，用於激發發射側多模光波導3中的波模。波模復用方法不僅適合於基於玻璃纖維的傳輸，而且還適合於其他波導類型，例如面(planar)波導，如果在其中能傳播多個正交的波模的話。此外，傳輸也可以完全被動地進行，即沒有被傳輸的波模復用信號的光學放大。
權利要求
1.一種用於利用波分復用方法經由多模光波導( 在發射站(7)和接收站(6)之間傳輸光學信息的方法，其特徵在於用於每個要傳輸的波長的多個光學發射器(OS)分別生成一個信號(TX)，並且這些信號(TX)以多個波模的形式經由波模復用器(MM)和波分復用器(WM)接入到多模光波導(3) 上，其中多模光波導C3)對於每個要傳輸的波模具有各自的在多模光波導(3)中能傳播的模式，在經由多模光波導C3)傳輸、並且在可能的情況下還有重新生成和/或放大信號之後， 所傳輸的信號經由波分解復用器(WD)被分解為相同波長的信號組，並且經由波模解復用器(MD)被分解為相同模式的信號，從所傳輸的解復用後的信號(RX)中去除幹涉信號，該幹涉信號是在經由多模光波導 (3)傳輸時由各個波模之間的過耦合而產生的。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在復用中，每個要傳輸的波長的信號(TX) 首先被接入到多個波模復用器(MM)上，然後接入到一個共同的波分復用器(WM)上。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，用於在波模復用器(MM)中復用的信號 (TX)分別以單模光波導(1)的基本模式饋送給波模復用器(MM)或以自由輻射的形式被饋送。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，在波模復用器(MM)中對場強分布進行轉換，其中每個進入的信號(TX)分別激發設置在波模復用器(MM)輸出側的多模光波導(3) 的一個模式。
5.根據權利要求3或4所述的方法，其特徵在於，在波模復用器(MM)和波分復用器 (WM)之間的多模光波導(3)中能傳播的波模的數量至少與在波模復用器(MM)和波分復用器(WM)之間應傳輸的信號(TX)的數量一樣。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，在波模復用器(MM)和波分復用器(WM)之間的多模光波導(3)中，組合復用的信號經由載波信號傳輸，這些載波信號都具有相同的波長。
7.根據權利要求2至6中任一項所述的方法，其特徵在於，在波分復用器(WM)中，不同波長的所有信號組在單個多模光波導(3)中匯聚以傳輸到接收站(6)。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在復用中，每個要傳輸的波長的信號(TX) 首先被接入到波分復用器(WM)上，然後被接入到一個共同的波模復用器(MM)上。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，用於在波分復用器(WM)中復用的信號 (TX)分別以單模光波導(1)的基本模式或以自由輻射的形式被饋送給波分復用器(WM)。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，在波分復用器(WM)下遊連接的波模復用器(MM)中，波分復用器(WM)各自生成的波長組激發多模光波導(3)的波模。
11.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在解復用中，所傳輸的信號首先被接入到波分解復用器(WD)上，然後被接入到多個波模解復用器(MD)上。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，波分解復用器(WD)劃分各個波長的信道組，並且將具有相同波長的一組信道經由多模光波導(4)饋送給波模解復用器(MM)。
13.根據權利要求11或12所述的方法，其特徵在於，在波模解復用器(MM)中劃分各個波模的信號。
14.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在解復用中，所傳輸的信號首先被接入到波模解復用器(MD)上，然後被接入到多個波分解復用器(WD)上。
15.根據權利要求14所述的方法，其特徵在於，在波模解復用器(MD)中劃分各個波模的信號。
16.根據權利要求14或15所述的方法，其特徵在於，波分解復用器(WD)劃分各個波長的信號。
17.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，以多模技術在發射站(7)和接收站(6)之間經由多模光波導( 對信號進行光學放大和傳輸。
18.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，多模光波導C3)通過增大芯直徑和/或提高芯-套層邊界處的折射率跳變而具有數量提高的在分級光波導中傳導的波模。
19.根據權利要求1至17中任一項所述的方法，其特徵在於，多模光波導C3)通過增大纖維參數V而在折射率特性不同形成的情況下具有數量提高的被傳導的波模。
20.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，所述方法使用發射站(7)和接收站(6)之間多模光波導C3)的每個能傳播的模式來傳輸各自的信號(TX)或信道，在可能的情況下結合偏振復用工作方式來使用。
21.一種用於利用波分復用方法經由多模光波導( 在發射站(7)和接收站(6)之間傳輸光學信息的設備，該設備尤其用於執行根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述設備包括發射站(7)，所述發射站(7)具有用於每個要傳輸的波長的多個光學發射器(OS)，所述光學發射器分別生成一個信號(TX)，並且這些信號(TX)經由波模復用器 (MM)和波分復用器(WM)接入到多模光波導(3)上，其中多模光波導(3)對於每個要傳輸的波模具有各自的在多模光波導(3)中能傳播的模式，所述設備包括接收站(6)，所述接收站(6)具有多個光學接收器(OE)，所述光學接收器經由波分解復用器(WD)將所傳輸的信號(RX)分解為相同波長的信號組，並且經由波模解復用器(MD)將所傳輸的信號分解為相同模式的信號。
22.根據權利要求21所述的設備，其特徵在於，發射站(7)為了復用信號(TX)而對於每個要傳輸的波長或波長信道分別具有一個波模復用器(MM)，並且具有處理波模復用器 (MM)的輸出信號(TX』 )的一個共同的波分復用器(WD)。
23.根據權利要求21所述的設備，其特徵在於，發射站(7)為了復用信號(TX)而對於每個要傳輸的波長或波長信道分別具有一個波分復用器(WM)，並且具有處理波分復用器 (WM)的輸出信號(TX』 )的一個共同的波模復用器(MM)。
24.根據權利要求21所述的設備，其特徵在於，接收站(6)為了解復用信號(RX)而對於所有傳輸的波長或波長信道具有一個共同的波分解復用器(WD)，並且具有處理波分解復用器(WD)的輸出信號(RX』 )的多個波模解復用器(MM)。
25.根據權利要求21所述的設備，其特徵在於，接收站(6)為了解復用信號(RX)而對於所有傳輸的波長或波長信道具有一個共同的波模解復用器(MD)，並且具有處理波模解復用器(MD)的輸出信號(RX』 )的多個波分解復用器(WD)。
26.根據權利要求21至23中任一項所述的設備，其特徵在於，波模復用器(MM)在輸入側具有數量與要傳輸的信號信道的數量相同的梯度透鏡(GLein),這些梯度透鏡(GLein)將單模光波導(1)的基本模式中信號(TX)的場強分布轉換為平行射束，並且在這些梯度透鏡 (GLein)下遊連接有波模變換器(MK)，這些波模變換器將信號(TX)的場強分布轉換為使得每個信號在匯聚在半透明的鏡面(化)中及藉助於下遊連接的梯度透鏡(GLaus)聚焦之後分別激發設置在波模復用器(MM)輸出側的多模光波導O)的正好一個模式。
27.根據權利要求沈所述的設備，其特徵在於，在波模變換器(MK)中設置有用於進行場強分布轉換的全息裝置或適當的空間濾波器。
28.根據權利要求21或對或25所述的設備，其特徵在於，波模解復用器(MM)具有輸入側梯度透鏡(GLein),這個輸入側梯度透鏡(GLein)將多模光波導(3)的輸出信號轉換為平行射束，並且在這個輸入側梯度透鏡(GLein)下遊連接有半透明的鏡面(TS)，這些半透明的鏡面使平行射束倍增並且饋送給波模變換器(MK)，這些波模變換器分別將希望模式的場強分布轉換為在下遊連接的梯度透鏡(GLaus)中聚焦之後激發輸出側單模光波導的基本模式的場強分布。
29.根據權利要求觀所述的設備，其特徵在於，波模變換器(MK)被構造為使得保持場強的正交性。
30.根據權利要求觀或四所述的設備，其特徵在於，波模解復用器(MM)將輸入側多模光波導(3)的每個模式分別耦入到正好一個輸出側單模光波導中。
31.根據權利要求觀至30中任一項所述的設備，其特徵在於，在波模解復用器(MM)下遊連接有波模交叉幹涉消除器(XMIC)，波模交叉幹涉消除器分離沿傳輸路徑(3)由波模耦合產生的幹涉分量。
32.根據權利要求31所述的設備，其特徵在於，波模交叉幹涉消除器(XMIC)對於每個輸入耦出一部分信號，將其與影響信號大小和相位的係數相乘，並且將其饋送給另一輸出端。
33.根據權利要求觀至32中任一項所述的設備，其特徵在於，在波模解復用器(MM)下遊連接有電氣組件，該電氣組件通過以下方式在轉換到電氣層面之後從解復用後的信號中去除幹涉分量波模解復用器(MM)的輸出信號藉助於超外差式接收機被相干檢測、然後轉換為數位訊號。
34.根據權利要求33所述的設備，其特徵在於，在所述電氣組件中設置有數位訊號處理裝置，該數位訊號處理裝置按照波模交叉幹涉消除器的原理執行幹涉分量的消除。
35.根據權利要求21至27中任一項所述的設備，其特徵在於，用於相干檢測的波導裝置設置在具有耦合區(KZ)的多模光波導(3)的輸出端(MM-LffL)之後，該耦合區過渡到多個單模光波導(SM-LWL)。
36.根據權利要求35所述的設備，其特徵在於，離開的單模光波導(SM-LWL)的數量被選擇為使得對於每個在多模光波導(MM-LWL)中傳導的模式設置有至少一個單模光波導 (SM-LffL)。
37.根據權利要求35或36所述的設備，其特徵在於，設置有在相干檢測之後分離信號的電路，該電路優選藉助于波模交叉幹涉消除器(XMIC)進行分離。
38.根據權利要求35至37中任一項所述的設備，其特徵在於，在所述耦合區(KZ)中設置有具有透鏡或其他成像元件的自由輻射裝置，所述其他成像元件例如是彎曲鏡面或全息裝置ο
39.根據權利要求觀至34中任一項所述的設備，其特徵在於，波模解復用器(MM)將本地振蕩器(LO)的信號與要檢測的信號疊加。
40.根據權利要求39所述的設備，其特徵在於，設置有將本地振蕩器(LO)的輸出信號轉換為平行射束並且在半透明的鏡面(化)中與要檢測的信號匯聚的梯度透鏡(GLuj)，然後藉助於梯度透鏡(GLaus)將這兩個信號耦入到一個單模光波導中。
41.根據權利要求40所述的設備，其特徵在於，所述設備實現相位差異和/或偏振差已
42.根據權利要求39至41中任一項所述的設備，其特徵在於，本地振蕩器(LO)的信號能垂直於另一信號的射束引導面地在波模解復用器(MM)中被饋送。
43.根據權利要求39至42中任一項所述的設備，其特徵在於，本地振蕩器(LO)的信號能藉助於半透明的鏡面(TS)被劃分並且能饋送給多個梯度透鏡(GLw)。
全文摘要
本發明涉及利用波分復用方法經多模光波導(3)在發射站(7)和接收站(6)間傳輸光學信息的方法。其中用於每個要傳輸的波長的多個光學發射器(OS)分別生成一信號(TX)且這些信號(TX)以多個波模的形式經波模復用器(MM)和波分復用器(WM)接入到多模光波導(3)上，其中多模光波導(3)對於每個要傳輸的波模具有各自的在多模光波導(3)中能傳播的模式，在經多模光波導(3)傳輸、且在可能的情況下還有重新生成和/或放大信號後，所傳輸的信號經波分解復用器(WD)分解為相同波長的信號組，且經波模解復用器(MD)分解為相同模式的信號，然後從所傳輸的解復用後的信號(RX)中去除在經多模光波導(3)傳輸時由各波模間的過耦合而產生的幹涉信號。
文檔編號H04B10/2581GK102461020SQ201080026076
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月14日 優先權日2009年6月13日
發明者P·克魯姆裡希 申請人:多特蒙德技術大學