專利名稱：光通信系統(tǒng)的橫模復(fù)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信設(shè)備，并且更具體地而非排他性地涉及在光通信系統(tǒng)中支持橫 IlMffl (transverse-mode multiplexing, TMM)白勺i殳|。
背景技術(shù)：
本部分介紹可能有助于更好的理解本發(fā)明的方案。因此，應(yīng)該在這個(gè)意義上來閱讀本部分的描述，而不應(yīng)該將本部分的描述理解為承認(rèn)什么是現(xiàn)有技術(shù)或者什么不是現(xiàn)有技術(shù)。具有多輸入多輸出(MIMO)能力的無線通信系統(tǒng)通過利用(而不是嘗試消除)無線信道中的多徑延遲來提高總傳輸容量。更具體而言，無線MIMO通過在發(fā)射器和接收器處使用多個(gè)天線來提高效率和可靠性。所產(chǎn)生的平均吞吐量的提高是以信號處理和硬件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度更大為代價(jià)的而不是以附加的頻譜帶寬或更高的信號功率為代價(jià)的。在光通信系統(tǒng)中，MIMO方法來增加傳輸容量是可行的，例如因?yàn)樵诙嗄９饫w中的模式色散與無線傳輸介質(zhì)中的多徑延遲相類似。因此，可以調(diào)節(jié)光MIMO以利用多模光纖固有的高傳輸容量。然而，用于實(shí)現(xiàn)光MIMO的硬件尚未得到足夠的開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本文公開了具有經(jīng)由多徑光纖光學(xué)耦合的光發(fā)射器和光接收器的光通信系統(tǒng)的各種實(shí)施方式。光發(fā)射器通過將每個(gè)獨(dú)立調(diào)制的分量選擇性地耦合到多徑光纖的相應(yīng)的單個(gè)橫模，向該多徑光纖發(fā)射具有多個(gè)獨(dú)立調(diào)制的分量的光橫模復(fù)用(TMM)信號。該TMM信號在被該光接收器接收之前，在該多徑光纖中經(jīng)歷模間混合。該光接收器處理接收到的TMM 信號以對模間混合的影響進(jìn)行逆轉(zhuǎn)并且恢復(fù)由該獨(dú)立調(diào)制的分量中的每個(gè)分量所攜帶的數(shù)據(jù)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種光通信系統(tǒng)，其具有(A)支持多個(gè)橫模的多徑光纖，以及(B)光發(fā)射器，其耦合到該多徑光纖的第一端并且被配置為發(fā)射具有N個(gè)獨(dú)立調(diào)制的分量的光TMM信號，使得在該第一端該N個(gè)獨(dú)立調(diào)制的分量中的每個(gè)分量對應(yīng)于該多徑光纖的相應(yīng)的單個(gè)橫模，其中N是大于1的整數(shù)。該光通信系統(tǒng)還具有光接收器，其耦合到多徑光纖的第二端并且被配置為處理通過該多徑光纖接收的該TMM信號以恢復(fù)由該N個(gè)獨(dú)立調(diào)制的分量中的每個(gè)分量攜帶的數(shù)據(jù)。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種光發(fā)射器，其具有(A)第一多個(gè)光纖；以及(B)布置在該第一多個(gè)光纖與多模光纖之間的光模耦合(OMC)模塊。該多模光纖支持多個(gè)橫模。該OMC模塊處理從該第一多個(gè)光纖接收的光信號，以向該多模光纖中發(fā)射基于所接收到的光信號的光TMM信號。對于該第一多個(gè)光纖中的每個(gè)光纖，該OMC模塊對從該光纖接收的相應(yīng)光信號進(jìn)行濾波，使得所得到的該TMM信號的光分量在該多模光纖的最近的末端對應(yīng)于該多模光纖的相應(yīng)的單個(gè)橫模。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種用于生成光TMM信號的方法。該方法具有以下步驟(A)將光束分為N個(gè)子光束，其中N是大于1的整數(shù)；(B)用數(shù)據(jù)調(diào)制該N個(gè)子光束中的每個(gè)子光束以產(chǎn)生N個(gè)獨(dú)立調(diào)制的光信號；并且(C)在多徑光纖的最近的末端，將該N 個(gè)獨(dú)立調(diào)制的光信號耦合到該多徑光纖中，以產(chǎn)生該TMM信號的N個(gè)獨(dú)立調(diào)制的分量。該多徑光纖支持多個(gè)橫模。該N個(gè)獨(dú)立調(diào)制的光信號中的每個(gè)光信號耦合到該多徑光纖中， 使得所得到的該TMM信號的獨(dú)立調(diào)制的分量在該多徑光纖的最近的末端對應(yīng)于該多徑光纖的相應(yīng)的單個(gè)橫模。


本專利或申請文件包括至少一個(gè)彩色附圖。將由官方基于請求以及必要的費(fèi)用支付來提供本專利或?qū)＠暾埖木哂胁噬綀D的副本。通過例如下文的詳細(xì)描述以及附圖，本發(fā)明的各種實(shí)施方式的其他方案、特征和益處將更充分的顯現(xiàn)，其中圖1顯示了可以在其中實(shí)施本發(fā)明的各種實(shí)施方式的光通信系統(tǒng)的框圖；圖2A-H顯示了根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式可以在圖1的系統(tǒng)中使用的光纖的橫截面圖；圖3A-B圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式可以在圖1中所示的系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)中使用的光發(fā)射器；圖4A-B圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式可以在圖3的發(fā)射器中使用的光模耦合(OMC)模塊；圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式可以在圖3的發(fā)射器中使用的OMC模塊的框圖；圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式可以在圖3的發(fā)射器中使用的OMC模塊的框圖；圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式可以在圖1中所示的系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)中使用的光發(fā)射器的框圖；圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式可以在圖1中所示的系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)中使用的光發(fā)射器的框圖；圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式可以在圖1中所示的系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)中使用的光接收器的框圖；圖10A-B顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式可以在圖9中所示的光接收器中使用的抽頭模塊和相干檢測器；圖11顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式可以在圖9中所示的光接收器中使用的抽頭模塊；并且
圖12顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式可以在圖1中所示的系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)中使用的光接收器的框圖。
具體實(shí)施例方式光通信系統(tǒng)圖1顯示了可以在其中實(shí)施本發(fā)明的各種實(shí)施方式的光通信系統(tǒng)100的框圖。系統(tǒng)100具有經(jīng)由光通信鏈路120的網(wǎng)絡(luò)互連的多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)110。系統(tǒng)100還具有光分插復(fù)用器(ADM) 130、光放大器140以及光交叉連接器150，它們?nèi)几髯圆煌刂糜诠?jié)點(diǎn)110 之間。每個(gè)節(jié)點(diǎn)110具有通過使用橫模復(fù)用(TMM)來實(shí)現(xiàn)的光多輸入多輸出(MIMO)能力。節(jié)點(diǎn)110通常包括光發(fā)射器和光接收器(在圖1中都沒有明確顯示)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)100 的各種節(jié)點(diǎn)之間的雙向通信。除了 TMM復(fù)用之外，每個(gè)節(jié)點(diǎn)110也可以使用波分復(fù)用(WDM) 和/或偏振復(fù)用(PM)或它們兩者。以下在本說明書的相應(yīng)的子部分中更詳細(xì)地描述了可以在每個(gè)節(jié)點(diǎn)110中使用的光發(fā)射器和接收器的代表性的實(shí)施方式。使用以下之中的一個(gè)或多個(gè)來實(shí)現(xiàn)每一個(gè)光通信鏈路120 :(i)單模光纖；(ii)多模光纖；(iii)多芯光纖；以及(iv)單模光纖束。在一個(gè)實(shí)施方式中，在鏈路120中使用的多模光纖支持2到大約100個(gè)橫模。在可選擇的實(shí)施方式中，多模光纖支持多于100個(gè)橫模。在一個(gè)實(shí)施方式中，在鏈路120中使用的多芯光纖中的每個(gè)芯支持單個(gè)橫模。在可選擇的實(shí)施方式中，多芯光纖的一些或所有芯支持多個(gè)橫模以及作為整體而言支持多芯光纖的超模。如本文所使用的，術(shù)語“橫模”是指在與傳播方向垂直(即橫向)的平面中，具有與傳播距離基本上無關(guān)的電場或磁場分布(下文中稱為光場分布)的電磁導(dǎo)波。更具體而言， 如果得出光纖中的光功率的損失或增益因子，那么該模式在沿光纖的兩個(gè)不同位置處所測量的光場分布僅相差一個(gè)反映那兩個(gè)位置之間由該模式產(chǎn)生的總相位改變的因子。每個(gè)橫模是光纖的本征模，并且不同的橫模相互正交。通常而言，光纖可以支持固定數(shù)量的橫模， 這些橫模的光場分布和傳播常數(shù)是由波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、材料特性和光頻率(波長)明確確定的。應(yīng)注意，橫模的概念可應(yīng)用于各種類型的光纖，包括多芯光纖。例如，在多芯光纖中單個(gè)芯的橫模也是該多芯光纖作為整體而言的橫模。在一個(gè)實(shí)施方式中，光分插復(fù)用器130是可重配置的分插復(fù)用器。由于鏈路120 的典型的特征在于具有相對高度的模間混合，所以節(jié)點(diǎn)110通常需要接收具有相同的光頻率(波長)的所有橫模以正確地處理TMM信號并且恢復(fù)由該信號攜帶的數(shù)據(jù)。因此，復(fù)用器130被設(shè)計(jì)為(i)從輸入鏈路120分出具有相同的光頻率的所有橫模和/或(ii)向輸出鏈路120插入具有相同的光頻率的所有填充的橫模。換句話說，復(fù)用器130實(shí)現(xiàn)常規(guī)的 WDM分插功能，并且作為整體作用于每個(gè)具體波長的TMM復(fù)用。為了支持希望的功能，復(fù)用器130使用對所有橫模具有基本上相同的傳輸特性的窄帶交織型濾光器。另外復(fù)用器130具有相對低水平的WDM串?dāng)_(即WDM復(fù)用的不同光頻率之間的串?dāng)_)?？梢酝ㄟ^例如以下方式來實(shí)現(xiàn)后一種特性(i)在模耦合模塊之前在單模區(qū)域中執(zhí)行必要的光濾波(例如見圖8) ； (ii)使用正弦型波形成形；和/或(iii)使用正交頻分復(fù)用(OFDM)。
如果系統(tǒng)100在鏈路120中使用多芯光纖，那么復(fù)用器130可以被設(shè)計(jì)為將所選的芯集合(可以是多芯光纖的所有芯或其任意子集)看作一個(gè)整體，從而同時(shí)向整個(gè)集合插入波長信道和/或從該集合分出波長信道。如果鏈路120在不同的芯之間具有相對低水平的串?dāng)_，那么復(fù)用器130可以被設(shè)計(jì)為分別向各個(gè)芯插入通信信號和/或分別從各個(gè)芯分出通信信號，同時(shí)將芯間串?dāng)_看作噪聲/損害。在各種實(shí)施方式中，光放大器140可以是集總放大器或分布式放大器。通常而言， 系統(tǒng)100可以被設(shè)計(jì)為在兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)110之間的整個(gè)鏈路上保持模式混合矩陣的酉特性。因此，光放大器140被設(shè)計(jì)為對于鏈路120的所有橫模呈現(xiàn)基本上相同的增益。在一個(gè)實(shí)施方式中，光放大器140是相對長的光纖放大器(例如長于大約100 米)，其具有(i)多個(gè)活動段以及(ii)置于活動段之間的多個(gè)攪模器。每個(gè)活動段提供適度的增益(例如大約IdB到大約5dB之間)。攪模器(又名為模式混合器)是在不同的橫模之間引起相對大的模耦合的光學(xué)設(shè)備。理想而言，攪模器在輸出端生成統(tǒng)計(jì)上均勻的模式混合，該模式混合與攪模器在輸入端接收的模式分布基本無關(guān)。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將認(rèn)識到每個(gè)活動段中的適度增益與相對頻繁的模式加擾的結(jié)合確保了提供給放大器140 的所有橫模經(jīng)歷基本上相同的放大量。在一個(gè)實(shí)施方式中，光交叉連接器150可被重配置為實(shí)現(xiàn)光信號在不同的節(jié)點(diǎn) 110之間的希望的路由。如以上所述，為了對TMM復(fù)用的單獨(dú)的獨(dú)立調(diào)制后的分量進(jìn)行正確解碼，節(jié)點(diǎn)110通常需要接收整個(gè)TMM復(fù)用。因此，交叉連接器150被設(shè)計(jì)為作為整體作用于與每個(gè)波長相對應(yīng)的TMM復(fù)用上，同時(shí)執(zhí)行其WDM路由功能。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將認(rèn)識到通?？梢杂枚鄠€(gè)與復(fù)用器130相同的組件來實(shí)現(xiàn)交叉連接器150。在圖1中系統(tǒng)100被示意性地顯示為具有4個(gè)節(jié)點(diǎn)110、一個(gè)光分插復(fù)用器130、 一個(gè)光放大器140以及一個(gè)光交叉連接器150。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將認(rèn)識到在其他實(shí)施方式中，系統(tǒng)100可以具有不同數(shù)量的節(jié)點(diǎn)110、光分插復(fù)用器130、光放大器140和/或光交叉連接器150。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員還將認(rèn)識到通?？梢杂门c圖1所示的方式不同的方式來排列和互連這些元件。iM圖2A-H(未按比例)顯示了根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式可以在系統(tǒng)100中使用的光纖的橫截面圖。更具體而言，可以在節(jié)點(diǎn)110、光通信鏈路120、光分插復(fù)用器130、光放大器140和/或光交叉連接器150中使用圖2A-H中所示的各種光纖。圖2A顯示了單模光纖210的橫截面圖。光纖210具有包層212和芯216。芯216 的直徑相對小，這使得光纖210對于系統(tǒng)100中所使用的波長范圍內(nèi)的每個(gè)波長支持單個(gè)橫模。圖2B顯示了多模光纖220的橫截面圖。光纖220具有包層222和芯226。光纖 220與光纖210的不同之處在于芯226的直徑比芯216大。在各種實(shí)施方式中，芯226的直徑被選擇為使得光纖220能夠支持從2到大約100之間的范圍內(nèi)所選擇的希望數(shù)量的橫模。圖2C顯示了多模光纖230的橫截面圖。光纖230具有包層232和芯236。芯236 的直徑比芯2 更大，這使得光纖230能夠支持多于100個(gè)橫模。圖2D顯示了多芯光纖MO的橫截面圖。光纖240具有第一(外)包層242和第二(內(nèi))包層對4。光纖240還具有被封閉在內(nèi)包層244之中的多個(gè)芯M6。每個(gè)芯M6 的直徑可以被選擇為使得該芯支持單個(gè)橫?；蛘叨鄠€(gè)橫模。在一個(gè)實(shí)施方式中，光纖240被設(shè)計(jì)為用于光放大器140中。更具體而言，內(nèi)包層 244和/或芯246被摻雜(例如摻雜鉺離子)以提供光活性介質(zhì)。放大器140的光泵(在圖1中未明確顯示)向內(nèi)包層M4中注入光泵波，由于內(nèi)包層244與外包層M2的折射率不同，所以內(nèi)包層244能夠沿著光纖MO的縱軸方向引導(dǎo)那些光泵波。所引導(dǎo)的光泵波從內(nèi)包層244耦合到各個(gè)芯M6，從而提供用于對通過芯來引導(dǎo)的光信號進(jìn)行放大的能量源。 內(nèi)包層244具有使該包層能夠作為光泵波的多模芯的直徑，這確保泵浦能量基本上均勻地分布在芯246之間。圖2E顯示了多芯光纖250的橫截面圖。光纖250具有包層252和多個(gè)芯256。芯 256分布在包層252之中，使得芯之間存在相對大的間隔。由于該相對大的間隔，所以在光纖250中的芯間串?dāng)_的量相對較小，這使得各個(gè)芯256能夠作為光通信信號的單獨(dú)并且獨(dú)立的導(dǎo)體。在各種實(shí)施方式中，每個(gè)單獨(dú)的芯256可以被設(shè)計(jì)為支持單個(gè)橫模或多個(gè)橫模。圖2F顯示了多芯光纖沈0的橫截面圖。光纖260具有包層262和多個(gè)芯沈6。芯 266分布在包層262之中，使得芯之間的間隔(i)足夠小以在芯之間產(chǎn)生適度量的線性耦合并且(ii)又足夠大以在芯之間產(chǎn)生相對少量的非線性耦合。如果每個(gè)芯266支持相應(yīng)的單個(gè)橫模，那么可以使用光纖260的這些特性來為該光纖整體創(chuàng)建相對少量的明確定義并且空間上間隔的橫模。圖2G顯示了多芯光纖270的橫截面圖。光纖270具有包層272、第一多個(gè)芯276 以及第二多個(gè)芯278。芯276的直徑比芯278小。光纖270中的各個(gè)芯之間的間隔與光纖 260(圖2F)中使用的間隔相似。在光纖270中具有兩種不同類型的芯的一個(gè)原因是為了創(chuàng)建具有不同的傳播常數(shù)的兩種類型的橫模。傳播常數(shù)的不匹配產(chǎn)生群速度差，群速度差通常有益于降低光纖非線性的不利影響。例如，當(dāng)不同WDM信道的群速度不匹配程度相對大時(shí)，來自不同WDM信道的信號的交叉相位調(diào)制的不利影響可以顯著降低。在一個(gè)實(shí)施方式中，芯276和278遍及包層272分布以實(shí)現(xiàn)相同類型的芯之間的最大空間間隔。圖2H顯示了多芯光纖觀0的橫截面圖。光纖280具有包層觀2、第一多個(gè)芯觀6 以及第二多個(gè)芯觀8。雖然芯286與芯288具有相同的直徑，但是它們由具有不同折射率的材料制成。折射率不同使得芯286與芯288具有不同的傳播常數(shù)，這使得光纖280能夠通過與光纖270(圖2G)中起作用的機(jī)制本質(zhì)上類似的機(jī)制來降低光纖非線性的不利影響。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將理解除了圖2A-H中顯示的光纖之外，其他類型的光纖也是可能的。例如，可以制造由兩種或更多種不同材料組成的具有兩個(gè)或更多個(gè)不同尺寸的芯的多芯光纖，以實(shí)現(xiàn)圖2G和圖2H兩者中顯示的特征。在系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施方式中，例如使用圖2中所示的其中一種光纖來實(shí)現(xiàn)鏈路 120，使得所有相關(guān)橫模具有近似相同的傳播速度以及非常相似的色散(CD)特性。更具體而言，可以使用b-v圖來分析不同的橫模的色散特性，其中b是歸一化傳播常數(shù)，ν是歸一化光頻率?？梢栽诶?971年的Applied Optics的第10卷第10號第2252-2258頁中由 D. Gloge發(fā)表的標(biāo)題為‘leakly Guiding Fibers”的文章中找到代表性的b_v圖以及參數(shù) b和ν的解釋，通過引用的方式將該文章整體并入本文。簡而言之，對于給定的工作頻率Vtl，模色散曲線的斜率對應(yīng)于該模式的群速度并且該色散曲線的曲率對應(yīng)于該模式的色散。為了正確地對與鏈路120相對應(yīng)的模式混合矩陣進(jìn)行反變換，在節(jié)點(diǎn)110中使用的接收器可能需要具有相對大的容量的濾波器/緩沖器，例如足以覆蓋等于(i)由鏈路120 中的色散效應(yīng)所引起的最大擴(kuò)展與(ii)在該鏈路中由不同模式所形成的最大差分模式延遲(DMD)之和的時(shí)間深度。理想而言，對于相同的非線性，有人想在單模光纖中得到某個(gè)數(shù)量的CD，而有人可能想在每個(gè)橫模上獲得某個(gè)數(shù)量的CD。那么，將鏈路120配置為使得所有相關(guān)橫模具有近似相同的傳播速度和類似的CD特性，有助于避免過大的數(shù)字處理深度。 作為反例，讓我們假設(shè)IOG波特系統(tǒng)(例如每個(gè)模式100G)。對于20ps/(km nm)的模內(nèi)⑶ 以及長度大約為2000km的鏈路，接收器可能需要近似60個(gè)自適應(yīng)T間隔濾波器抽頭。如果差分延遲大約為10%，那么DMD可以近似為Ims那么大，而優(yōu)選小得多的處理深度。如本文所使用的，術(shù)語“多徑光纖”包括多模光纖(例如圖2B-C的光纖220和光纖230)和多芯光纖(例如圖2D-H的光纖對0-觀0)兩者。光發(fā)射器圖3A-B圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式可以在節(jié)點(diǎn)110(圖1)中使用的光發(fā)射器300。更具體而言，圖3A顯示了發(fā)射器300的框圖。圖:3B用圖形示出了發(fā)射器300中使用的光模耦合(OMC)模塊340的操作。圖3A圖示性地顯示了經(jīng)由輸出光纖350耦合到通信鏈路120的發(fā)射器300。光纖 350大體上與通信鏈路120的緊鄰部分中使用的光纖具有相同的類型。如上文所解釋的，可以使用任意合適類型的光纖(如圖2中所示的那些光纖)來實(shí)現(xiàn)通信鏈路120。下文的描述是示例性的并且對應(yīng)于輸出光纖350與光纖220(見圖2B)類似的實(shí)施方式?；谠撁枋?，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員能夠想到如何設(shè)計(jì)適用于將光通信信號耦合到其他類型的光纖中的發(fā)射器300的其他實(shí)施方式。發(fā)射器300具有被配置為生成指定波長的輸出光束的激光器310。光分束器320 將激光器310生成的光束分成N路，并且將得到的N個(gè)光束耦合到N個(gè)單模光纖322中，其中N是大于1的整數(shù)。每個(gè)光纖322將其相應(yīng)的光束引導(dǎo)到對應(yīng)的光調(diào)制器330，在光調(diào)制器330處用經(jīng)由控制信號3 提供給該調(diào)制器的數(shù)據(jù)來調(diào)制該光束。應(yīng)該注意到，不同的調(diào)制器330或合適的調(diào)制器配置可以使用從控制信號3 得出的不同的獨(dú)立的或相關(guān)的數(shù)據(jù)流來調(diào)制其相應(yīng)的光束。在代表性的配置中，每個(gè)調(diào)制器330基于要從發(fā)射器300傳輸?shù)竭h(yuǎn)程接收器的對應(yīng)的獨(dú)立數(shù)據(jù)流來調(diào)制其光束。由調(diào)制器330產(chǎn)生的已調(diào)光信號最終作為由OMC模塊340提供給光纖350的TMM信號的獨(dú)立調(diào)制的分量。在可選擇的實(shí)施方式中，可以將激光器310直接耦合到調(diào)制器330或不通過光纖而通過自由空間耦合到調(diào)制器。OMC模塊340的一個(gè)功能在于將經(jīng)由N個(gè)單模光纖332接收的N個(gè)已調(diào)光信號耦合到光纖350中。更具體而言，OMC模塊340接收的每個(gè)已調(diào)光信號基本上耦合到光纖350 的單個(gè)所選橫模，其中不同的已調(diào)光信號耦合到不同的橫模。如本文所使用的，“將信號基本上耦合到單個(gè)橫模”的表述可以具有兩種可能的但不互斥的含義。根據(jù)第一種含義，該表述是指信號總能量的至少大約50% (并且有可能大于大約80%或90% )耦合到一個(gè)所選橫模。根據(jù)第二種含義，該表述是指對于信號總能量中耦合到多模光纖的信號的那部分，該部分的至少大約50% (并且有可能大于大約80%或90%)進(jìn)入一個(gè)所選橫模，而該部分的其余部分進(jìn)入其他橫模。當(dāng)一個(gè)單獨(dú)的光信號(例如由OMC模塊340)在多模光纖(例如光纖350)的最近的末端基本上耦合到該光纖的單個(gè)橫模中、并且從而被轉(zhuǎn)換成發(fā)射到多模光纖中的TMM信號的光分量時(shí)，則稱該TMM信號的該光分量“在該多模光纖的最近的末端對應(yīng)于該多模光纖的單個(gè)橫模”。在發(fā)射器300的一個(gè)實(shí)施方式中，將數(shù)量N選擇為與光纖350支持的橫模的總數(shù)相等。換句話說，發(fā)射器300的該實(shí)施方式使用一種能夠用分別獨(dú)立調(diào)制的光信號來填充多模光纖350的每個(gè)橫模的OMC模塊340。圖;3B用圖形描繪了由OMC模塊340執(zhí)行的光束成形。更具體而言，圖的不同畫面顯示了可以由OMC模塊340在光纖350的末端348產(chǎn)生的各種相位/場強(qiáng)(PFS)圖樣， 其中不同的畫面對應(yīng)于OMC模塊的不同光信道。在圖;3B中使用彩色方案來表示每個(gè)PFS 圖樣，其中⑴色彩飽和度表示光場強(qiáng)度并且(ii)色彩本身表示光場的相位。例如，淡紅色對應(yīng)于比暗紅色更低的光場強(qiáng)度。從藍(lán)色到紅色的類彩虹的色彩改變表示相位從-η到 + π的連續(xù)改變。對于OMC模塊340的每個(gè)光信道，由該信道在光纖350的末端348產(chǎn)生的PFS圖樣與分配給該信道的橫模的PFS圖樣基本上匹配。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將理解以上所示的模耦合損失可能是由這些PFS圖樣之間不匹配引起的。與模耦合損失相對應(yīng)的光能量可能被寄生耦合到光纖350的其他橫模和/或被光纖完全拒絕。如本文所使用的，術(shù)語“基本上匹配”表示由光信道生成的PFS圖樣與對應(yīng)的橫模的PFS圖樣之間的差異相對小并且滿足兩個(gè)可能的但不互斥的標(biāo)準(zhǔn)中的至少一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，該差異非常小以使得由光信道生成的PFS圖樣的總能量的至少大約50% (并且有可能大于大約80%或90%)耦合到對應(yīng)的橫模。根據(jù)第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，該差異非常小以使得對于由光信道生成的PFS圖樣的總能量中耦合到多模光纖的那部分，該部分的至少大約50% (并且有可能大于大約80%或90%)進(jìn)入對應(yīng)的橫模，而該部分的其余部分進(jìn)入其他橫模。使用下文的記號來標(biāo)記與圖:3B的不同PFS圖樣相對應(yīng)的不同橫模。字母“LP”代表“線性偏振的”。該標(biāo)記中緊接著“LP”的數(shù)字按照指定的次序給出兩個(gè)量化參數(shù)的值。 對于每個(gè)橫模，第一量化參數(shù)給出每個(gè)繞著光纖軸的方向角旋轉(zhuǎn)的、大小為2 π的相位增量的數(shù)量，第二量化參數(shù)給出在光纖半徑上大小為η的相位增量的數(shù)量。例如，標(biāo)為LPOl 的橫模具有(i)0個(gè)方向角相位增量以及(ii)l個(gè)徑向相位增量。類似地，標(biāo)為LP32的橫模具有(i) 3個(gè)方向角相位增量以及(ii) 2個(gè)徑向相位增量。如果OMC模塊340具有8個(gè)光信道，那么可以使用以下代表性的模式配置 (Ch. D-LPOU (Ch. 2)-LPl U (Ch. 3)-LP2U (Ch.4)-LP02、(Ch. 5)-LP3U (Ch.6)_LP12、 (Ch. 7)-LP41以及(Ch. 8)-LP22。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將理解，在不脫離本發(fā)明的范圍和原理的情況下，可以類似地使用其他模式配置，根據(jù)這些其他模式配置OMC模塊340的每個(gè)光信道被配置為產(chǎn)生與光纖350的所分配的橫模的PFS圖樣基本上匹配的PFS圖樣。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將理解圖IBB對應(yīng)于一個(gè)可能的橫?；炯?，并且可以類似地使用其中每個(gè)集合包含多個(gè)相互正交的橫模的其他基本集合來實(shí)現(xiàn)OMC模塊340。圖4A-B圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式可以作為OMC模塊340(圖3)來使用的OMC模塊400。更具體而言，圖4A顯示了 OMC模塊400的框圖。圖4B顯示了可以在OMC模塊400中使用的相位模板(phase mask) 420。OMC模塊400具有兩個(gè)光信道，并且就其本身而言將OMC模塊400顯示為耦合到兩個(gè)輸入光纖332 (也見圖3A)。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將理解，可以直接修改OMC模塊400 以具有3個(gè)或更多個(gè)光信道。更具體而言，可以通過增加與用于形成OMC模塊400中的信道2的光元件類似的一組光元件來創(chuàng)建新的光信道。OMC模塊400具有兩個(gè)透鏡410，每個(gè)透鏡410準(zhǔn)直通過相應(yīng)的光纖332提供給該OMC模塊的相應(yīng)的發(fā)散光束。得到的每個(gè)準(zhǔn)直光束通過相應(yīng)的相位模板420傳遞，以產(chǎn)生對應(yīng)的相位濾波光束422。多個(gè)鏡子430然后在空間上疊加兩個(gè)相位濾波光束422并且將得到的“疊加”光束432引導(dǎo)到光纖350。應(yīng)注意到鏡子4304是部分透明的鏡子，而鏡子 430r4303是常規(guī)的不透明的鏡子。使用兩個(gè)透鏡442和446以及孔徑444來壓縮(即減小尺寸)光束432并且對其進(jìn)行空間濾波，以產(chǎn)生輸出光束452，其中輸出光束452射到光纖350的末端348并且產(chǎn)生圖:3B中所示的PFS圖樣的期望的疊加。取決于分配給OMC模塊400的兩個(gè)光信道的橫模，從例如圖4B中所示的相位模板的分類中恰當(dāng)?shù)剡x擇相位模板420i和4202。例如，如果OMC模塊400的特定光信道分配了光纖350的LPll模式，那么使用圖4B中標(biāo)記為LPll的相位模板作為該光信道中的相位模板420。類似地，如果OMC模塊400的特定光信道分配了光纖350的LP21模式，那么使用圖 4B中標(biāo)記為LP21的相位模板作為該光信道中的相位模板420，諸如此類。由相位模板420 施加的相位濾波和由孔徑444施加的空間濾波的組合效應(yīng)在于該光信道在光纖350的末端 348產(chǎn)生了圖:3B中所示的PFS圖樣中的一個(gè)期望的PFS圖樣，從而將來自該光信道的光信號有效地耦合到光纖的對應(yīng)的橫模。應(yīng)注意到圖4B中所示的一些相位模板是二進(jìn)制相位模板(即只能夠在本地施加兩個(gè)可能的相位偏移中的一個(gè)相位偏移，例如0或π中的任意一個(gè)，的相位模板)。具體而言，對應(yīng)于LP01、LP02和LP03的相位模板是二進(jìn)制相位模板。圖4Β中所示的其余相位模板是“模擬”相位模板，因?yàn)樵撓辔荒０宓牟煌糠帜軌蚴┘訌倪B續(xù)的相位偏移范圍內(nèi)選擇的相位偏移。在圖4Β中使用彩色方案來顯示模擬相位模板，其中(i)不同的色彩表示在連續(xù)的間隔內(nèi)的不同的相位偏移并且(ii)同一色彩的不同的色帶可以表示彼此相差 2π的整數(shù)倍的相位偏移。在一個(gè)實(shí)施方式中，OMC模塊400可以使用一個(gè)相對大的連續(xù)相位模板來代替兩個(gè)獨(dú)立的相位模板420i和4202。下文中被稱為“多節(jié)相位模板”的這種相對大的連續(xù)相位模板在其不同的節(jié)(部分)中可以包括圖4B中的兩個(gè)或更多個(gè)相位模板。該多節(jié)相位模板的這些節(jié)被配置為使得一個(gè)節(jié)作為相位模板420i而另一個(gè)節(jié)作為相位模板4202。圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式可以用作OMC模塊340 (圖3)的OMC模塊500的框圖。OMC模塊500大體上類似于OMC模塊400 (圖4)，并且使用許多相同的元件， 例如透鏡410、442和446，鏡子430和孔徑444。在這里不重復(fù)對這些元件的描述。下文對于OMC模塊500的描述改為關(guān)注OMC模塊400與OMC模塊500之間的差異。OMC模塊400與OMC模塊500之間的一個(gè)差異在于OMC模塊500使用空間光調(diào)制器(SLM) 520而不是相位模板420。在一個(gè)實(shí)施方式中，SLM 520是硅上液晶(LCOS) SLM。在例如 2005 年的 Wiley，Chichester (英國)第 11 章第 257-275 頁由 M. G. Robinson, J. Chen, G. D. Sharp 所著的 “Polarization Engineering for LCD Projection” 中描述了可以用作SLM 520的代表性的LCOS SLM，以參考的方式將此文的教導(dǎo)整體并入本申請。在專利號為 7，268, 852、6，940, 577和6，797，983的美國專利中也披露了可以調(diào)整以用作SLM520的LCOS SLM，以參考的方式將它們?nèi)空w并入本申請?？梢杂米鱏LM 520的合適的LCOS SLM由 JVC公司制造并且作為JVC投影儀模型DLA-HDI的一部分而在商業(yè)上可獲得。SLM 520具有兩個(gè)區(qū)域524:和5對2，區(qū)域524:和5242被配置為分別對OMC模塊 500的信道1和信道2執(zhí)行需要的相位濾波。更具體而言，區(qū)域521被配置為顯示產(chǎn)生與相位模板420i的相位濾波(見圖4A)類似的相位濾波的空間調(diào)制圖樣。類似地，區(qū)域5242 被配置為顯示產(chǎn)生與相位模板4202的相位濾波(也見圖4A)類似的相位濾波的空間調(diào)制圖樣。由于SLM 520是可重配置的設(shè)備，所以其可以用于動態(tài)改變或調(diào)整在其各個(gè)區(qū)域 (如區(qū)域524和區(qū)域5242)中所顯示的圖樣。該特征可用于例如對于OMC模塊500的不同光信道實(shí)現(xiàn)橫模分配的相對容易的改變，和/或用于在可能導(dǎo)致多模光纖350的相關(guān)特性的相應(yīng)改變的變化的操作條件下，對于OMC模塊500的不同光信道維持最佳光耦合。OMC模塊500使用兩個(gè)偏振光分束器5 來將由透鏡410產(chǎn)生的準(zhǔn)直光束恰當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)到SLM 520并且將由該SLM產(chǎn)生的相位濾波光束恰當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)到鏡子430。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以在偏振光分束器5 與SLM 520之間插入四分之一波片(圖5中未明確顯示)， 以恰當(dāng)?shù)匦D(zhuǎn)穿過該波片傳輸?shù)墓馐钠?，從而使得該偏振光分束器將?zhǔn)直光束引導(dǎo)到該SLM，而將相位濾波的光束引導(dǎo)到鏡子430。在可選擇的實(shí)施方式中，SLM 520可以被設(shè)計(jì)為旋轉(zhuǎn)反射光的偏振，以使得偏振光分束器5 能夠完成相同的光束路由。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以使用OMC模塊500來產(chǎn)生也被偏振復(fù)用的TMM信號。具體而言，如果SLM 520本身對偏振相當(dāng)敏感，那么可以使用同一 SLM來處理用于偏振復(fù)用的兩個(gè)偏振。圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的又另一個(gè)實(shí)施方式可以用作OMC模塊340 (圖3)的OMC 模塊600的框圖。OMC模塊600大體上功能類似于OMC模塊400和500 (圖4和圖幻。但是OMC模塊600與OMC模塊400和500的區(qū)別在于OMC模塊600使用通常可以視為三維相位模板的體全息620。應(yīng)注意到與體全息620不同，相位模板420和SLM 520通?？梢砸暈楸∧せ蚨S相位模板。在OMC模塊600中，體全息620至少執(zhí)行兩個(gè)不同的功能。這些功能中的第一個(gè)功能是與OMC模塊400中的相位模板420和OMC模塊500中的SLM 520的相位濾波功能類似的相位濾波功能。這些功能中的第二個(gè)功能是與鏡子430的光束組合功能類似的光束組合功能。體全息620能夠?qū)墓饫w332接收的不同的光信號應(yīng)用所需要的不同的相位濾波， 因?yàn)閷?yīng)的光束橫穿該體全息的不同的子體。同樣由于該原因，體全息620能夠?qū)⒉煌墓庑盘柕膫鞑シ较蚋淖儾煌牧?。體全息是本領(lǐng)域已知的并且在例如專利號為7，416，818、 7，323，275和6，909，528的美國專利中對此進(jìn)行了更詳細(xì)的描述，以參考的方式將它們?nèi)空w并入本申請。OMC模塊600圖示性地顯示為具有3個(gè)光信道。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將理解可以將OMC模塊600直接改變?yōu)榫哂胁煌瑪?shù)量的光信道。圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式可以在節(jié)點(diǎn)110(圖1)中使用的光發(fā)射器700的框圖。類似于發(fā)射器300 (圖幻，發(fā)射器700具有將獨(dú)立調(diào)制的光信號選擇性地耦合到輸出光纖(即光纖750)的相應(yīng)的橫模的能力。然而，通過在發(fā)射器700的調(diào)制和偏振復(fù)用(MPM)模塊712中使用偏振光分束器714和偏振合束器734，發(fā)射器700另外具有偏振復(fù)用(PM)能力。將發(fā)射器700圖示性地顯示為每個(gè)偏振具有3個(gè)光信道。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將理解可以將發(fā)射器700直接改變?yōu)槊總€(gè)偏振具有不同數(shù)量的光信道(例如兩個(gè)或多于3個(gè))。發(fā)射器具有被配置為生成指定波長的輸出光束的激光器710。激光器710向MPM 模塊712進(jìn)行饋送，在MPM模塊712中偏振光分束器714將由該激光器生成的光束分為偏振相互正交的光束7161和7162。MPM模塊712還具有兩個(gè)功率分束器720，每個(gè)功率分束器720將從偏振光分束器714接收的相應(yīng)偏振光束分為三路，并且將得到的三路光束耦合到3個(gè)單模光纖722中。每個(gè)光纖722將其對應(yīng)的光束引導(dǎo)到對應(yīng)的光調(diào)制器730，在光調(diào)制器730中使用經(jīng)由控制信號7 提供給調(diào)制器的數(shù)據(jù)來調(diào)制該光束。將由調(diào)制器730產(chǎn)生的已調(diào)制光信號耦合到單模光纖732中并且將其引導(dǎo)到對應(yīng)的偏振合束器734。每個(gè)偏振合束器734將接收到的兩個(gè)正交偏振信號組合成對應(yīng)的PM信號，并且隨后經(jīng)由相應(yīng)的單模光纖736將該P(yáng)M信號引導(dǎo)到OMC模塊740。在可選擇的實(shí)施方式中，除了圖7中所示的至少一些光纖耦合之外，發(fā)射器700還可以改為或另外使用直接光耦合或通過自由空間的光耦合。發(fā)射器700的OMC模塊740大體上類似于發(fā)射器300的OMC模塊；340 (圖3)，并且用來將接收到的三個(gè)PM信號正確地耦合到光纖750中。更具體而言，將由OMC模塊740 接收的每個(gè)PM信號耦合到光纖750的所選橫模，其中將不同的PM信號耦合到不同的橫模。 對于單個(gè)PM信號(其具有兩個(gè)正交偏振分量)，其每個(gè)偏振分量在OMC模塊740中受到基本上相同的相位濾波。在各種實(shí)施方式中，可以將OMC模塊740實(shí)現(xiàn)為與OMC模塊400、500 和600(見圖4-6)類似。然而，在設(shè)計(jì)OMC模塊740時(shí)，要特別注意其偏振處理特性，以使得所述OMC模塊能夠?qū)ζ窕旧喜幻舾?。圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式可以在節(jié)點(diǎn)110(圖1)中使用的光發(fā)射器800的框圖。類似于發(fā)射器300和700(見圖3和7)的每一個(gè)，發(fā)射器800具有將光通信信號選擇性地耦合到輸出光纖(即光纖850)的各個(gè)橫模的能力。類似于發(fā)射器700，發(fā)射器800具有通過使用3個(gè)MPM模塊812而實(shí)現(xiàn)的偏振復(fù)用能力，其中每個(gè)MPM模塊812 類似于MPM模塊712(見圖7)。然而，發(fā)射器800另外具有WDM能力。因此，發(fā)射器800使用三種不同類型的復(fù)用橫模復(fù)用(TMM)、偏振復(fù)用(PM)以及波分復(fù)用(WDM)。發(fā)射器800具有3個(gè)TMM信道、3個(gè)WDM信道以及2個(gè)PM信道，這使得該發(fā)射器能夠生成具有高達(dá)18個(gè)(每個(gè)受激橫模有高達(dá)6個(gè))獨(dú)立調(diào)制的光通信信號的TMM信號。 本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將理解可以將發(fā)射器800相對直接地修改為能夠生成不同數(shù)量的獨(dú)立調(diào)制的分量并且以任意所需的方式將它們耦合到光纖850的所選橫模。發(fā)射器800的每個(gè)WDM信道具有各自的激光器810，激光器810生成指定的波長并且將其應(yīng)用于相應(yīng)的MPM模塊812。MPM模塊812的3個(gè)輸出被施加到濾光器(OF) 818，濾光器818執(zhí)行相對緊的帶通濾波，以降低與不同WDM信道相對應(yīng)的光信號之間的串?dāng)_。在復(fù)用器826中對濾波后的信號進(jìn)行WDM復(fù)用，并且將得到的WDM信號經(jīng)由單模光纖或集成光纖836引導(dǎo)到OMC模塊840。發(fā)射器800的OMC模塊840大體上類似于發(fā)射器300的OMC模塊340 (圖3)并且用來將接收到的3個(gè)WDM信號正確地耦合到光纖850中。更具體而言，將由OMC模塊840 接收的每個(gè)WDM信號耦合到光纖850的所選橫模，其中將不同的WDM信號耦合到不同的橫模。雖然與多模光纖的橫模相對應(yīng)的PFS圖樣取決于波長，但是在WDM系統(tǒng)中使用的典型光譜帶相對較窄，這在實(shí)踐中使得能夠?qū)λ蠾DM信道使用相同的相位模板。例如，以大約 1550nm為中心并且具有大約IOOnm的總寬度的光譜帶在整個(gè)光譜帶上載波頻率僅變化大約6%。由于該相對小的變化，為位于該光譜帶的中點(diǎn)附近的波長所設(shè)計(jì)的相位模板將在該帶中的全部波長上都足夠有效。因此，在各種實(shí)施方式中，可以將OMC模塊840實(shí)現(xiàn)為與 OMC模塊400、500和600 (見圖4-6)類似。光接收器在本領(lǐng)域中已知多徑光纖的橫模隨著它們沿該光纖的長度傳播而經(jīng)歷模間混合。 通常，模間混合的影響在多模光纖中更大。然而，具有相對緊密間隔的芯的多芯光纖可能也展現(xiàn)相對強(qiáng)的模間混合(例如芯間串?dāng)_)。結(jié)果，即使在多徑光纖的前端將通信信號耦合到具體的單個(gè)橫模，其他橫模也將在該光纖的遠(yuǎn)端受到該通信信號的影響。因此，在接收器處需要執(zhí)行相當(dāng)大量的信號處理，以便完全恢復(fù)由TMM信號的不同的獨(dú)立調(diào)制分量所攜帶的數(shù)據(jù)。通常，為了對TMM信號的N個(gè)獨(dú)立調(diào)制的分量進(jìn)行解碼，接收器需要獲得該信號的至少N個(gè)獨(dú)立的采樣。對這些采樣施加的信號處理通?；谥荚趯υ摱鄰焦饫w中的模間混合的影響進(jìn)行逆轉(zhuǎn)的矩陣對角化算法。圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式可以在節(jié)點(diǎn)110(圖1)中使用的光接收器 900的框圖。接收器900可以被配置為例如從鏈路120接收輸入TMM信號902。將TMM信號902施加到抽頭模塊910，抽頭模塊910產(chǎn)生該TMM信號的K個(gè)采樣912，其中K是大于1 的正整數(shù)。通過對應(yīng)的相干檢測器930使用由本地振蕩器(LO)源920提供的LO信號922， 對每個(gè)采樣912進(jìn)行相干檢測。將由相干檢測器930從采樣912生成的檢測結(jié)果(例如該采樣的同相分量I和正交相位分量Q)提供給數(shù)字信號處理器(DSP)940。對于每個(gè)信號傳輸間隔(例如比特周期)，DSP 940適當(dāng)?shù)靥幚碛上喔蓹z測器93(^-93 生成的檢測結(jié)果的整個(gè)集合，以生成輸出數(shù)據(jù)流942。只要抽頭模塊910產(chǎn)生足夠的TMM信號902的采樣，則 DSP 940就能夠恢復(fù)并且經(jīng)由流942輸出最初由遠(yuǎn)程發(fā)射器編碼到接收器900作為TMM信號902接收到的TMM信號上的所有數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將理解DSP 940的一個(gè)功能在于對與鏈路120相對應(yīng)的模式混合矩陣進(jìn)行反變換。通常而言，鏈路條件隨時(shí)間而改變，從而導(dǎo)致模式混合矩陣通常也以毫秒或更慢的時(shí)間量級而改變。在一個(gè)實(shí)施方式中，DSP 940被配置為自適應(yīng)地跟隨鏈路條件的改變。例如本領(lǐng)域已知，DSP 940可以使用盲自適應(yīng)算法來學(xué)習(xí)鏈路條件并且適應(yīng)于它們。可選擇地或另外地，耦合到DSP 940的控制器950可能不時(shí)地請求遠(yuǎn)程發(fā)射器向接收器900發(fā)送訓(xùn)練序列，以便該DSP獲得當(dāng)前的模式混合矩陣。由遠(yuǎn)程發(fā)射器應(yīng)用于鏈路120的代表性的訓(xùn)練序列可以具有這樣一種TMM信號，在該TMM信號中按照已知的次序順序地激發(fā)不同的橫模從而在任意給定時(shí)間僅有一個(gè)橫模受激。在DSP 940中實(shí)現(xiàn)的信號處理還可以補(bǔ)償某些非線性問題，如由自模式和交叉模式光纖非線性所引起的相位偏移。圖10A-B顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式可以在接收器900(圖9)中使用的代表性的模塊。更具體而言，圖IOA顯示了可以作為抽頭模塊910使用的抽頭模塊1010的框圖。圖IOB顯示了可以作為相干檢測器930使用的相干檢測器1030的框圖。
參考圖10A，抽頭模塊1010經(jīng)由多模光纖1002接收TMM信號902。準(zhǔn)直透鏡1004 準(zhǔn)直由光纖1002產(chǎn)生的發(fā)散光束，并且將得到的準(zhǔn)直光束引導(dǎo)到K-I個(gè)部分透明的鏡子 Iooe1-Iooe^1和一個(gè)末端的不透明鏡子ioo6k。在一個(gè)實(shí)施方式中，不同的鏡子1006的反射率使得從該鏡子反射的光束IOU1-IOUk具有近似相同的密度。參考圖10B，檢測器1030經(jīng)由單模光纖1016從LO源920接收LO信號922。準(zhǔn)直透鏡1018準(zhǔn)直由光纖1016產(chǎn)生的發(fā)散光束，并且將得到的準(zhǔn)直光束引導(dǎo)到相位模板1020。 相位模板1020大體上類似于相位模板420 (見圖4A-B)。更具體而言，相位模板1020產(chǎn)生相位濾波光束1022，光束1022的PFS圖樣是與多模光纖1002(圖10A)的所選橫模相對應(yīng)的PFS圖樣的放大(加大)版本。如上所示，圖4B顯示了相位模板的分類，其中每個(gè)分類適于用作相位模板1020。當(dāng)使用檢測器1030來實(shí)現(xiàn)接收器900中的每個(gè)檢測器930時(shí)，該接收器中的檢測器1030的不同實(shí)例大體上具有不同的相位模板1020(例如從圖4B中所示的分類中選擇的不同的相位模板)。在各種實(shí)施方式中，可以將這些不同的相位模板1020 實(shí)現(xiàn)為多節(jié)相位模板的不同的節(jié)，或者可以使用與SLM 520(圖5)類似的SLM的不同部分來實(shí)現(xiàn)這些不同的相位模板1020。將相位濾波光束1022和光束1012(攜帶TMM采樣912，見圖9和圖10A)提供給 2X4光混合器1026，在光混合器10 中相位濾波光束1022和光束1012彼此撞擊以產(chǎn)生 4個(gè)干擾信號1032^10324。將每個(gè)干擾信號1032^103 提供給對應(yīng)的光電檢測器(例如光電二極管)1034，光電檢測器1034將該干擾信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電信號。光電檢測器1034 生成的電信號被數(shù)字化和引導(dǎo)，以用于DSP 940中的進(jìn)一步處理?？梢杂米鳈z測器1030中的混合器10 的2X4光混合器是本領(lǐng)域已知的，在例如(i)公開號為2007/(^97806的美國專利申請和(ii)2008年12月18日遞交的申請?zhí)枮?2/338，492的美國專利申請中披露了該2X4光混合器的代表性的實(shí)例，通過引用的方式將該兩個(gè)申請整體并入本文。由等式(1)給出干擾信號1032^103 各自的電場E1-E4
五ιEs — Ew乓二丄Hjrin(1) E, 2 -JEs-JEL0e^'2
^E4 _ — ~Es ELOej —其中，&和分別是光信號1012和1022的電場。應(yīng)注意到，等式(1)對于光束 1032的橫截面的每個(gè)點(diǎn)都適用。這意味著檢測器1030不僅測量光束1012和1022在時(shí)間上如何彼此撞擊，還測量它們在空間上如何彼此撞擊。此外，由于光纖1016的不同的橫模的相互正交性，檢測器1030的具有不同相位模板1020的不同實(shí)例有效地測量與TMM信號 902的不同橫模相對應(yīng)的電場。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將理解，如果K ^ N，那么相干檢測器930 (或1030)生成足夠的采樣數(shù)據(jù)，以使得DSP 940能夠正確地對與通信鏈路120相對應(yīng)的模式混合矩陣進(jìn)行反變換，并且恢復(fù)從遠(yuǎn)程發(fā)射器(例如發(fā)射器300)向接收器900通過其傳輸?shù)腡MM信號的獨(dú)立調(diào)制的分量所攜帶的數(shù)據(jù)。圖11顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式可以用作抽頭模塊910的抽頭模塊 1110的框圖。抽頭模塊1110具有多模光纖1102，抽頭模塊1110通過多模光纖1102接收TMM 信號902。沿光纖1102的長度，抽頭模塊1110具有K個(gè)多模光纖(MMF)耦合器IlOei-IlOek 和K-I個(gè)攪模器11082-1108k。每個(gè)MMF耦合器1106是一種能夠?qū)MM信號902的一部分分出，并且將該部分耦合到對應(yīng)的單模光纖1110中的光纖抽頭。由光纖IllO1-IllOk攜帶的信號1114-111 分別作為接收器900中的采樣91A-912k。每個(gè)信號1112指示在對應(yīng)的MMF耦合器1106的位置處存在于多模光纖1102中的橫模的線性組合。由于攪模器IlOS2-110 將MMF耦合器1106^110 之間的橫?；旌希?所以每個(gè)信號1114-111 指示多模光纖1102中的橫模的不同的線性組合。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將理解，如果K > N，那么相干檢測器930生成足夠的采樣數(shù)據(jù)，以使得DSP 940 能夠正確地對與通信鏈路120相對應(yīng)的模式混合矩陣進(jìn)行反變換，并且恢復(fù)從遠(yuǎn)程發(fā)射器 (例如發(fā)射器300)向接收器900通過其傳輸?shù)腡MM信號的獨(dú)立調(diào)制的分量所攜帶的數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施方式中，具有抽頭模塊1110的接收器900可以使用被設(shè)計(jì)用于PM 信號的檢測的相干檢測器作為相干檢測器930。用于PM信號的檢測的相干檢測器是本領(lǐng)域已知的，并且披露于例如上述公開號為2007/(^97806的美國專利申請和申請?zhí)枮?12/338，492的美國專利申請中。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將理解，使用抽頭模塊1110和用于 PM信號的檢測的多個(gè)相干檢測器的接收器900能夠恰當(dāng)?shù)貦z測通過使用TMM和PM復(fù)用兩者所產(chǎn)生的光信號。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將進(jìn)一步理解，可以通過為WDM接收器的每個(gè) WDM信道部署具有TMM和PM兩種能力的一個(gè)接收器900，來構(gòu)造能夠恰當(dāng)?shù)貦z測通過使用上述全部三種類型的復(fù)用(即TMM、PM和WDM)所產(chǎn)生的光信號的WDM接收器。圖12顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式可以在節(jié)點(diǎn)110(圖1)中使用的光接收器1200的框圖。接收器1200經(jīng)由多模光纖1202(例如從鏈路120)接收TMM信號1201。 準(zhǔn)直透鏡1201準(zhǔn)直由光纖1202產(chǎn)生的發(fā)散光束，并且將得到的準(zhǔn)直光束1205引導(dǎo)到光分束器1206^12064。在一個(gè)實(shí)施方式中，每個(gè)光分束器1206是半透明的鏡子。接收器1200還具有LO源1220，LO源1220通過準(zhǔn)直透鏡12042傳遞其輸出以形成準(zhǔn)直LO光束1221。類似于光束1205，也將LO光束1221引導(dǎo)到光分束器12061-12064o 位于光分束器1206i與120 之間的90度移相器1208向通過其傳輸?shù)墓馐?0度的相位偏移。光分束器1206^120 將光束1205和1221恰當(dāng)?shù)胤譃槎鄠€(gè)子光束，并且隨后將這些子光束中的一些子光束進(jìn)行重組以生成4個(gè)混合的光束，該4個(gè)混合的光束撞擊4個(gè)陣列檢測器(例如CCD) 1230r12304的像素化的接收表面，該混合的光束在該像素化的接收表面處產(chǎn)生對應(yīng)的干擾圖樣。每個(gè)陣列檢測器1230以足夠高的速度進(jìn)行操作，該速度使得其能夠獲取并且輸出與TMM信號1201的每個(gè)信號傳輸間隔(例如符號周期)的至少一個(gè)干擾圖樣相對應(yīng)的數(shù)據(jù)。每個(gè)干擾圖樣是在陣列檢測器1230的像素化的接收表面上通過LO 源1220所產(chǎn)生的參考場和TMM信號1201的光場互相撞擊所創(chuàng)建的。陣列檢測器1230通過在該陣列檢測器的各個(gè)像素處測量該圖樣的光密度來獲取干擾圖樣，從而創(chuàng)建混合光束的二維截面密度分布圖。將與由陣列檢測器123(^-123 檢測的4個(gè)干擾圖樣相對應(yīng)的數(shù)據(jù)提供給DSP 1240以進(jìn)行處理。如果陣列檢測器123(^-123 具有足夠高的分辨率(例如足夠大數(shù)量的相對小的像素)，那么DSP 1240接收足夠的數(shù)據(jù)來從4個(gè)干擾模式中確定TMM信號1201 的模態(tài)構(gòu)成。在本文中，術(shù)語“模態(tài)構(gòu)成”是指TMM信號1201就多模光纖1202的橫模而言的表示。典型而言，該表示是恰當(dāng)?shù)丶訖?quán)的橫模的線性組合。隨后，已知模態(tài)構(gòu)成使得DSP 能夠正確地對與通信鏈路120相對應(yīng)的模式混合矩陣進(jìn)行反變換，并且恢復(fù)從遠(yuǎn)程發(fā)射器(例如發(fā)射器300)向接收器1200通過其傳輸?shù)腡MM信號的獨(dú)立調(diào)制的分量所攜帶的數(shù)據(jù)。 DSP 1240經(jīng)由數(shù)據(jù)流1242輸出恢復(fù)的數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將理解，陣列檢測器12302和12304是可選的并且在接收器 1200中用于實(shí)現(xiàn)與檢測器1030中所實(shí)現(xiàn)的平衡檢測方案類似的平衡檢測方案。更具體而言，由DSP 1240處理由陣列檢測器123(^-123 所檢測的4個(gè)干擾圖樣，以生成TMM信號 1201的兩個(gè)截面圖。第一截面圖是TMM信號1201的同相圖，第二截面圖是TMM信號1201 的正交相位圖。有TMM信號1201的同相圖和正交相位圖可能是有利的，因?yàn)镈SP 1240可以使用這些圖來更快、更準(zhǔn)確并且/或者更有效地確定TMM信號的模態(tài)構(gòu)成。在各種實(shí)施方式中，接收器1200可以包括附加光分量，以使得能夠使用少于4個(gè)獨(dú)立的陣列檢測器。例如在一個(gè)實(shí)施方式中，接收器1200可以具有兩個(gè)相對大的陣列檢測器，其中(i)對第一檢測器進(jìn)行劃分以使得該第一檢測器的一部分作為陣列檢測器1230i 而該第一檢測器的另一部分作為陣列檢測器12302，并且(ii)對第二檢測器進(jìn)行類似地劃分以使得該第二檢測器的一部分作為陣列檢測器12303而該第二檢測器的另一部分作為陣列檢測器12304。在可選擇的實(shí)施方式中，接收器1200可能僅具有一個(gè)非常大的陣列檢測器，該陣列檢測器被劃分為4個(gè)部分，其中每個(gè)部分作為檢測器1230廠12304中的對應(yīng)的一個(gè)。雖然參考例示性的實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是并非意圖以限制性的觀念來解釋本說明書。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員所顯而易見的所述實(shí)施方式的各種修改以及本發(fā)明的其他實(shí)施方式被視為落入如以下權(quán)利要求中所表達(dá)的本發(fā)明的原理和范圍中。如果在每個(gè)數(shù)值和范圍的值之前存在詞語“大約”或“近似”，則應(yīng)該將該值或該范圍解釋為是近似值，除非明確聲明不是這樣。還要理解，在不脫離如以下權(quán)利要求中所表達(dá)的本發(fā)明的范圍的情況下，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員可以對為了解釋本發(fā)明的性質(zhì)所描述并且例示的細(xì)節(jié)、材料和部件的配置做出各種改變。雖然在以下方法權(quán)利要求中按照具有對應(yīng)的標(biāo)記的具體的順序來描述該方法權(quán)利要求中的元素，但是并非意圖將那些元素限于按照該具體順序來實(shí)現(xiàn)，除非該權(quán)利要求的描述另外暗示用于實(shí)現(xiàn)那些元素中的一些或所有元素的具體順序。本文對于“一個(gè)實(shí)施方式”或“實(shí)施方式”的參考意味著可以將結(jié)合該實(shí)施方式所描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包括到本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式中。在本說明書的各種地方出現(xiàn)的表述“在一個(gè)實(shí)施方式中”不一定是指相同的實(shí)施方式，也不是必須與其他實(shí)施方式互斥的獨(dú)立的或可選擇的實(shí)施方式。這同樣適用于術(shù)語“實(shí)現(xiàn)”。同樣為了描述的目的，術(shù)語“耦合”、“耦合的”、“被耦合”、“連接”、“連接的”或“被
連接”是指允許能量在兩個(gè)或更多個(gè)元件之間傳輸?shù)谋绢I(lǐng)域已知的或以后開發(fā)的任意方式，并且能夠設(shè)想插入一個(gè)或多個(gè)附加元件，但這不是必須的。相反，術(shù)語“直接耦合”、“直接連接”等等意味著沒有這種附加元件?？梢杂闷渌唧w的裝置和/或方法來體現(xiàn)本發(fā)明。無論從哪一點(diǎn)看來都要將所述實(shí)施方式視為是例示性的而不是限制性的。具體而言，本發(fā)明范圍是由所附權(quán)利要求而不是由本文的說明書和附圖指示的。落入權(quán)利要求的等效形式的含義和范圍內(nèi)的所有改變都包括在其范圍中。說明書和附圖僅僅示出了本發(fā)明的原理。因此要認(rèn)識到本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能夠想到盡管本文沒有明確描述或顯示但是體現(xiàn)本發(fā)明的原理并且包括在其精神和范圍中的各種配置。此外，本文所述的全部實(shí)例明確的主要意圖僅在于教學(xué)目的，以輔助讀者理解本發(fā)明的原理和發(fā)明人為推進(jìn)本領(lǐng)域所貢獻(xiàn)的概念，并且應(yīng)該被理解為不限于該具體描述的實(shí)例和情況。此外，本文用于描述本發(fā)明的原理、方案和實(shí)施方式的所有陳述及其具體實(shí)例意圖包括其等效內(nèi)容。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，本文的任意框圖表示用于體現(xiàn)本發(fā)明的原理的例示性的電路的概念圖。類似地，要認(rèn)識到任意流程圖、流程框圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、偽代碼等等表示可以實(shí)質(zhì)上表示在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中并且因此被計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行的各種過程，不管是否明確顯示了這種計(jì)算機(jī)或處理器。
權(quán)利要求
1.一種光通信系統(tǒng)，包括 多徑光纖，其支持多個(gè)橫模；光發(fā)射器，其耦合到所述多徑光纖的第一端并且被配置為發(fā)射具有N個(gè)獨(dú)立調(diào)制的分量的光橫模復(fù)用(TMM)信號，使得在所述第一端所述N個(gè)獨(dú)立調(diào)制的分量中的每個(gè)分量對應(yīng)于所述多徑光纖的相應(yīng)的單個(gè)橫模，其中N是大于1的整數(shù)；以及光接收器，其耦合到所述多徑光纖的第二端并且被配置為處理通過所述多徑光纖接收的所述TMM信號，以恢復(fù)由所述N個(gè)獨(dú)立調(diào)制的分量中的每個(gè)分量所攜帶的數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其中 所述多徑光纖是多模光纖；并且所述光發(fā)射器包括第一多個(gè)光纖；以及布置在所述第一多個(gè)光纖與所述多模光纖之間的光模耦合(OMC)模塊，其中 所述OMC模塊處理從所述第一多個(gè)光纖接收的光信號，以向所述多模光纖中發(fā)射基于所接收的光信號的所述TMM信號；并且針對所述第一多個(gè)光纖中的每個(gè)光纖，所述OMC模塊對從所述光纖接收的相應(yīng)光信號進(jìn)行濾波，以產(chǎn)生所述TMM信號的相應(yīng)的獨(dú)立調(diào)制的分量。
3.一種光發(fā)射器，包括 第一多個(gè)光纖；以及布置在所述第一多個(gè)光纖與多模光纖之間的光模耦合(OMC)模塊，其中 所述多模光纖支持多個(gè)橫模；所述OMC模塊處理從所述第一多個(gè)光纖接收的光信號，以向所述多模光纖中發(fā)射基于所接收的光信號的光橫模復(fù)用(TMM)信號；并且針對所述第一多個(gè)光纖中的每個(gè)光纖，所述OMC模塊對從所述光纖接收的相應(yīng)光信號進(jìn)行濾波，使得所得到的所述TMM信號的光分量在所述多模光纖的最近的末端對應(yīng)于所述多模光纖的相應(yīng)的單個(gè)橫模。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)明，其中所述OMC將來自所述第一多個(gè)光纖中的一個(gè)光纖的光信號耦合到所述多模光纖的單個(gè)橫模；所述多模光纖總共支持N個(gè)橫模，其中N是大于1的整數(shù)； 所述第一多個(gè)光纖包括N個(gè)光纖；并且在所述多模光纖的最近的末端，所述OMC模塊使用從所述N個(gè)光纖接收的N個(gè)光信號來填充所述N個(gè)橫模。
5.如權(quán)利要求3所述的發(fā)明，其中 在所述最近的末端，所述OMC模塊將來自所述第一多個(gè)光纖中的第一光纖的光信號基本上耦合到所述多模光纖的第一所選橫模；并且將來自所述第一多個(gè)光纖中的第二光纖的光信號基本上耦合到所述多模光纖的第二所選橫模；并且所述第一模式與所述第二模式不同。
6.如權(quán)利要求3所述的發(fā)明，其中，所述OMC模塊包括多個(gè)相位模板，其中每個(gè)所述相位模板(i)被布置在所述第一多個(gè)光纖中的相應(yīng)的光纖與所述多模光纖之間并且(ii)被配置為對由所述相應(yīng)的光纖所產(chǎn)生的光束進(jìn)行相位濾波；以及一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件，其(i)對由所述相位模板產(chǎn)生的相位濾波的光束進(jìn)行空間疊加并且(ii)將疊加后的相位濾波的光束提供給所述多模光纖的所述最近的末端以發(fā)射所述 TMM信號，其中；每個(gè)所述相位濾波的光束在所述最近的末端產(chǎn)生相應(yīng)的相/場強(qiáng)度(PFS)圖樣；并且所述相應(yīng)的PFS圖樣基本上與所述相應(yīng)的單個(gè)橫模的PFS圖樣匹配。
7.如權(quán)利要求3所述的發(fā)明，其中，所述OMC模塊包括布置在所述第一多個(gè)光纖中的光纖與所述多模光纖之間的空間光調(diào)制器(SLM)，其中， 所述SLM包括與所述第一多個(gè)光纖相對應(yīng)的多個(gè)部分，每個(gè)所述部分被配置為對由對應(yīng)的光纖所產(chǎn)生的光束進(jìn)行相位濾波；以及一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件，其(i)對由所述部分產(chǎn)生的相位濾波的光束進(jìn)行空間疊加并且 (ii)將疊加后的相位濾波的光束提供給所述多模光纖的所述最近的末端以發(fā)射所述TMM 信號。
8.如權(quán)利要求3所述的發(fā)明，其中，所述OMC模塊包括體全息，其布置在所述第一多個(gè)光纖中的光纖與所述多模光纖之間并且被配置為(i) 對由所述第一多個(gè)光纖所產(chǎn)生的多個(gè)光束進(jìn)行相位濾波并且(ii)對相位濾波的光束進(jìn)行空間疊加；以及一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件，其將疊加后的相位濾波的光束提供給所述多模光纖的所述最近的末端以發(fā)射所述TMM信號。
9.如權(quán)利要求3所述的發(fā)明，還包括多個(gè)光調(diào)制器，每個(gè)光調(diào)制器耦合到所述第一多個(gè)光纖中的對應(yīng)的光纖以在其中產(chǎn)生相應(yīng)的光信號；多個(gè)偏振合束器，每個(gè)偏振合束器布置在(i)所述多個(gè)調(diào)制器中的一對調(diào)制器與(ii) 所述第一多個(gè)光纖中的對應(yīng)的光纖之間，以對由該對調(diào)制器所產(chǎn)生的光信號進(jìn)行偏振復(fù)用，并且將所得到的偏振復(fù)用信號提供給所述第一多個(gè)光纖中的所述對應(yīng)的光纖，其中，所述TMM信號還是偏振復(fù)用信號；以及多個(gè)波長復(fù)用器，每個(gè)波長復(fù)用器布置在(i)所述多個(gè)調(diào)制器中的對應(yīng)的調(diào)制器子集與(ii)所述第一多個(gè)光纖中的對應(yīng)的光纖之間，以對由所述調(diào)制器子集所產(chǎn)生的光信號執(zhí)行波分復(fù)用，并且將所得到的波分復(fù)用信號提供給所述第一多個(gè)光纖中的所述對應(yīng)的光纖，其中，所述TMM信號還是波分復(fù)用信號。
10.一種用于生成光橫模復(fù)用(TMM)信號的方法，包括將光束分成N個(gè)子光束，其中N是大于1的整數(shù)；用數(shù)據(jù)調(diào)制所述N個(gè)子光束中的每個(gè)子光束以產(chǎn)生N個(gè)獨(dú)立調(diào)制的光信號；并且在多徑光纖的最近的末端，將所述N個(gè)獨(dú)立調(diào)制的光信號耦合到所述多徑光纖中，以產(chǎn)生所述TMM信號的N個(gè)獨(dú)立調(diào)制的分量，其中所述多徑光纖支持多個(gè)橫模；并且將所述N個(gè)獨(dú)立調(diào)制的光信號中的每個(gè)光信號耦合到所述多徑光纖，以使得所得到的所述TMM信號的獨(dú)立調(diào)制的分量在所述多徑光纖的最近的末端對應(yīng)于所述多徑光纖的相應(yīng)的單個(gè)橫模。
全文摘要
一種具有經(jīng)由多徑光纖而光學(xué)耦合的光發(fā)射器和光接收器的光通信系統(tǒng)。光發(fā)射器通過將每個(gè)獨(dú)立調(diào)制的分量耦合到該多徑光纖的相應(yīng)的單個(gè)橫模，來向該多徑光纖中發(fā)射具有多個(gè)獨(dú)立調(diào)制的分量的光橫模復(fù)用(TMM)信號。該TMM信號在被該光接收器接收之前，在該多徑光纖中經(jīng)歷模間混合。該光接收器處理接收的TMM信號以對模間混合的影響進(jìn)行逆轉(zhuǎn)并且恢復(fù)由該獨(dú)立調(diào)制的分量中的每個(gè)分量所攜帶的數(shù)據(jù)。
文檔編號G02B6/26GK102484536SQ201080034485
公開日2012年5月30日 申請日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者P·J·溫澤, R·里夫, R-J·埃西亞姆布雷 申請人:阿爾卡特朗訊