Математическая модель полностью оптической системы детектирования параметров распространения мод в оптическом волокне при маломодовом режиме для адаптивной компенсации смешения мод
Любопытов В.С., Тлявлин А.З., Султанов А.Х., Багманов В.Х., Хонина С.Н., Карпеев С.В., Казанский Н.Л.

Аннотация:
В работе предлагается метод компенсации искажений, вызванных смешением мод в системах передачи с модовым мультиплексированием, основанный на оптической обработке сигнала. Предлагаемый метод базируется на пространственно-спектральной взаимосвязи между модовым составом и распределением электромагнитного поля в лазерном пучке, а также на использовании дифракционного оптического элемента, программируемого в режиме реального времени. Данный метод перспективен в плане снижения вычислительной сложности телекоммуникационных систем с модовым мультиплексированием и значительного повышения скорости передачи данных в модовых каналах благодаря исключению сложной цифровой обработки сигнала при компенсации смешения мод.

Ключевые слова :
модовое мультиплексирование, дифракционные оптические элементы, орбитальный угловой момент, технология «множественный вход, множественный выход», пространственный модулятор света.

Литература:

  1. Essiambre, R. Capacity limits of optical fiber networks / R. Essiambre, G. Kramer, P.J. Winzer, G.J. Foschini and B. Goebel // J. Lightw. Technol. – 2010. – Vol. 28, Issue 4. – P. 662-701.
  2. Tkach, R. Scaling optical communications for the next decade and beyond / R. Tkach // Bell Labs Tech. J. – 2010. – Vol. 14, Issue 4. – P. 3-9.
  3. Sakaguchi, J. Space Division Multiplexed Transmission of 109-Tb/s Data Signals Using Homogeneous Seven-Core Fiber / J. Sakaguchi [et al.] // J. of Lightw. Technol. – 2012. – Vol. 30, Issue 4. – P. 658-665.
  4. Berdague, S. Mode division multiplexing in optical fibers / S. Berdague, P. Facq // Appl. Optics. – 1982. – Vol. 21. – P. 1950-1955.
  5. Soifer, V.A. Laser beam mode selection by computer-genera­ted holograms / V.A. Soifer, M.A. Golub. – CRC Press, 1994.
  6. Computer design of diffractive optics / D.L. Golovashkin, L.L. Doskolovich, N.L. Kazanskiy, S.N. Khonina, V.V. Kot­lyar, V.S. Pavelyev, R.V. Skidanov, V.A. Soifer, ed. by V.A. Soifer // Cambridge International Science Publishing Ltd. & Woodhead Pub. Ltd. UK, – 2012. – 896 p. – ISBN 978-1-84569-635-1.
  7. Karpeev, S.V. DOE-aided analysis and generation of transverse coherent light modes in a stepped-index optical fiber / S.V. Karpeev, V.S. Pavelyev, M. Duparre, B. Luedge, C. Rockstuhl, S. Schroeter // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). – 2003. – Vol. 12, N 1. – P. 27-34.
  8. Khonina, S.N. Phase diffractive filter to analyze an output step-index fiber beam / S.N. Khonina, R.V. Skidanov, V.V. Kotlyar, K. Jefimovs, J. Turunen // Optical Memory and Neural Networks (Allerton Press). – 2003. – Vol. 12(4). – P. 317-324.
  9. Kaiser, T. Complete modal decomposition for optical fibers using CGH-based correlation filters / T. Kaiser, D. Flamm, S. Schröter and M. Duparré // Opt. Express. – 2009. – Vol. 17, Issue 11. – P. 9347-9356.
  10. Karpeev, S.V. Fibre sensors based on transverse mode selection / S.V. Karpeev, V.S. Pavelyev, S.N. Khonina, N.L. Kazanskiy, A.V. Gavrilov, V.A. Eropolov // Journal of Modern Optics. – 2007. – Vol. 54, № 6. – P. 833-844. DOI:10.1080/09500340601066125.
  11. Ho, K.-P. Mode Coupling and its Impact on Spatially Multiplexed Systems / Ho, K.-P. and Kahn, J.M. – in Optical Fiber Telecommunications VIB: Systems and Networks / I.P. Ka­minow, T. Li and A.E. Willner, Eds. – Elsevier, 2013.
  12. Bozinovic, N. Terabit-Scale Orbital Angular Momentum Mode Division Multiplexing in Fibers / N. Bozinovic [et al.] // Science. – 2013. – Vol. 340, N 6140. – P. 1545-1548.
  13. Chen, X. Equalization of two-mode fiber based MIMO signals with larger receiver sets / Xi Chen, Jia Ye, Yue Xiao, An Li, Jiayuan He, Qian Hu, William Shieh // Optics Express. – 2012. – Vol. 20, Issue 26. – P. B413-B418.
  14. Randel, S. 6×56-Gb/s mode-division multiplexed transmission over 33-km few-mode fiber enabled by 6×6 MIMO equalization / S. Randel [et al.] // Optics Express. – 2011. – Vol. 19, Issue 17. – P. 16697-16707.
  15. Khonina, S.N. Optical Vortices in a Fiber: Mode Division Multiplexing and Multimode Self-Imaging / S.N. Khonina, N.L. Kazanskiy and V.A. Soifer. // Recent Progress in Optical Fiber Research; ed. by Dr Moh. Yasin. – InTech, 2012.
  16. Hanzawa, N. Demonstration of mode-division multiplexing transmission over 10 km two-mode fiber with mode coupler / N. Hanzawa, K. Saitoh, T. Sakamoto, T. Matsui, S. Tomita, M. Koshiba. – Optical Fiber Communication Conference and Exposition (OFC/NFOEC), 2011 and the National Fiber Optic Engineers Conference, – 2011.
  17. Randel, S. Mode-Multiplexed 6×20-GBd QPSK Transmission over 1200-km DGD-Compensated Few-Mode Fiber / S. Randel, [et al.]. – Optical Fiber Communication Conference and Exposition (OFC/NFOEC), 2012 and the National Fiber Optic Engineers Conference, 2012.
  18. Al Amin, A. Dual-LP11 mode 4×4 MIMO-OFDM transmission over a two-mode fiber / A. Al Amin, A. Li, S. Chen, X. Chen, G. Gao and W. Shieh // Opt. Express. – 2011. – Vol. 19, Issue 17. – P. 16672-16679.
  19. Marcuse, D. Light transmission optics / D. Marcuse. –Van Nostrand Reinhold electrical/computer science and engineering series, 1982.
  20. Karpeev, S.V. Experimental excitation and detection of angular harmonics in a step-index optical fiber / S.V. Karpeev, S.N. Khonina // Optical Memory & Neural Networks (Information Optics). – 2007. – Vol. 16(4). – P. 295-300.
  21. Allen, L. Orbital angular momentum of light and the transformation of Laguerre-Gaussian laser modes / L. Allen, M.W. Beijersbergen, R.J.C. Spreeuw, J.P. Woerdman // Phys. Rev. A. – 1992. – Vol. 45. – P. 8185-8189.
  22. Yao, E. Fourier relationship between angular position and optical orbital angular momentum / E. Yao, S. Franke-Arnold, J. Courtial, S. Barnett and M.J. Padgett // Optics Express. – 2006. – Vol. 14, Issue 20. – P. 9071-9076.
  23. Khonina, S.N. Phase reconstruction using a Zernike decomposition filter / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, Y. Wang, D. Zhao // Computer Optics. – 1998. – Vol. 18. – P. 52-56.
  24. Flamm, D. Mode analysis with a spatial light modulator as a correlation filter / D. Flamm, D. Naidoo, C. Schulze, A. Forbes and M. Duparré // Opt. Lett. – 2012. – Vol. 37, Issue 13. – P. 2478-2480.
  25. Jeong, T.M.  Laser Beam Diagnostics in a Spatial Domain / Tae Moon Jeong and Jongmin Lee. – In book: Laser Pulse Phenomena and Applications; ed. by Dr. F. J. Duarte. – InTech, 2010.
  26. Starikov, F.A. Wavefront reconstruction of an optical vortex by a Hartmann-Shack sensor / F.A. Starikov [et al.] // Optical Letters. – 2007. – Vol. 32, Issue 16. – P. 2291-2293.
  27. Schulze, C. Wavefront reconstruction by modal decomposition / C. Schulze, D. Naidoo, D. Flamm, O.A. Schmidt, A. Forbes and M. Duparré // Opt. Express. – 2012. – Vol. 20, Issue 18. – P. 19714-19725.

© 2009, IPSI RAS
Institution of Russian Academy of Sciences, Image Processing Systems Institute of RAS, Russia, 443001, Samara, Molodogvardeyskaya Street 151; E-mail: ko@smr.ru; Phones: +7 (846) 332-56-22, Fax: +7 (846) 332-56-20