奇点光束在光纤通信中的基础与应用探讨.doc

奇点光束在光纤通信中的基础与应用探讨 摘要：光纤通信为当前应用较为广泛的通信方式，应用效果已经得到了证实。本文以光纤通信为例，对奇点光束在通信中应用的基础进行了分析。基于此，重点从OAM光束以及CVB光束两方面出发，阐述了光纤通信中奇点光束的应用方案，最终证实了奇点光束在增加通信系统容量方面的重要价值，以期能够为通信行业的有关人员提供参考。 关键词：奇点光束；光纤通信；OAM光束；CVB光束 前言：经济及社会的高速发展，使得人与人之间的联系逐渐增强，使得用户对通信质量以及通信效率的明显提高。作为通信技术的一种，光纤通信的出现，一定程度上提高了通信质量，但用户对通信效率的需求仍未得到满足。在此环境下，扩大通信系统的容量，逐渐成为了通信领域研究的重点。为达到上述目的，对奇点光束在光纤通信中的应用价值加以评估，开始变得尤为必要。 1奇点光束在光纤通信中的基础 1.1奇点光束的构成 奇点光束是基于位相奇点的OAM光束，以及CVB光束的结合体，其中，OAM代表轨道角动量，CVB代表正交柱矢量。光学奇点，属于奇点光束中的主要现象之一，由位相不确定，或偏振不确定所引起。受大气扰动等因素的影响，奇点光束模式的纯度一般较低。长此以往，串扰的问题则会产生。由奇点光束携带通信信号，使信号在通信系统中传输，畸变的风险一般较高1。一旦发现信号畸变，解调端将无法解调信号。光纤通信需依赖光纤而实现，光纤的存在，可为奇点光束的稳定传输提供条件。可见，如能够将奇点光束与光纤通信，共同应用到通信过程中，使两者的优势得到共同的发挥。扩大通信系统容量的目的，将有可能实现。 1.2奇点光束在光纤通信中应用的可行性分析 作为奇点光束的两大组成部分，OAM与CVB光束是否能够与光纤通信相结合，是决定光纤通信系统的容量能否扩大的主要因素2。研究表明，在较长的距离中，将2路同轴的OAM光束，共同应用到环带形涡旋光纤中，可使光纤通信容量，达到1.6Tb/s1。表明，OAM与光纤通信相结合的理念，存在实现的可能。CVB光束，为基于偏振奇点的正交柱矢量模式。当CVB光束中，某一正交性被破坏时，其余的正交性，仍可继续保持。光纤通信所依靠的光纤本征矢量模式，既CVB模式。可见，将CVB与光纤通信相结合的理念，同样存在实现的可能。 2奇点光束在光纤通信中的应用 2.1OAM光束的应用 2.1.1光纤的波动 光纤通信过程中，光纤波导的模式，既光纤在空间电磁场中的分布模式。为了解光纤的波动情况，采用Maxwell方程对光纤波导进行求解即可。“模式”，属于光纤属性的一种，多由光纤的材质，以及几何参数所决定。将上述参数，纳入到Maxwell方程中所得到的计算结果，既可反映出光纤的波动特征。光纤中，电磁波的传播方向，包括横向与纵向两种。横向的电磁波，又称“行波”，纵向的电磁波，则成为“驻波”。为进一步提高光纤波动计算结果的准确度，有关人员可采用行波与驻波对电磁波的分布情况进行进一步的计算。 2.1.2光纤中的OAM 如采用neff代表光纤中本征矢量模式的有效折射率，则当neff1.8104时，各矢量模式之间的耦合，必然会在光纤中被抑制。如能够从外界，施加相应的刺激，矢量模式在光纤中的稳定性，将能够有所提升。研究发现，在光纤模式中，与低阶模式相比，高阶模式中的有效折射率数值通常较大。如能够使数据及信息在高阶模式中传播，通信的稳定性将明显提升。因此，可将neff1.8104作为参考值，对OAM模式的有效折射率进行优化控制。 2.1.3数据传输路径 光纤纤芯的周围，存在柚子型气孔。这一气孔的存在，会导致本征适量模式之间的有效折射率差值变大，进而导致通信的稳定性降低。对此，有关人员可采用FEM模式计算的方式，对有效折射率进行计算，并将其控制在1.8104以上。以达到减弱模式间的相互耦合，提高OAM模式在光纤中的传输性能的目的。此时，将奇点光束应用到光纤通信中，使之成为信息的载体，用于承载通信数据，则能够有效提高光纤通信系统的容量，提高通信质量。 2.2CVB光束的应用 2.2.1光纤中的CVB 奇点光束中，CVB光束在少模光纤（FMF）中的传输性，是决定奇点光束能否被应用到光纤通信中承载通信数据的关键。为分析少模光纤中矢量模式的传输性能，仅需将Helmholtz方程应用到计算过程中即可。阶跃型FMF，属于FMF的一种。将左旋波以及右旋波等指标，纳入到电磁场方程中，采用2代表傳输周期的变化特点，既可计算出边界条件下的特定电磁场分布情况。根据电磁场的分布结果，以及Helmholtz方程计算结果，对CVB光束的传输路径进行计算，可有效提高计算结果的准确度。 2.2.2数据传输路径 在波长为1550nm时，少模光纤能够支持TM、TE等多种传输模式。且可支持1阶以及2阶的CVB光束传输。有关人员可根据少模光纤，计算出光纤通信所能够支持的矢量模式。同时，对不同波长下，各矢量模式的有效折射率进行分析，以评估出光纤通信中CVB光束的传输性能与传输路径。将CVB光束进行解调，并对其纯度进行分析，既能够计算出将CVB应用到光纤通信中，在扩大通信系统容量方面的价值。 结论： 综上所述，奇点光束中的OAM光束，以及CVB光束，本身既能够承载一定的信息。将其应用到光纤通信中，能够使通信系统的容量，得到进一步的扩充。目前，通信领域对该技术的研究，仍处于实验阶段。未来，有关人员可从实践的角度入手，进一步对奇点光束在光纤通信中的应用价值进行评估。以为通信容量的进一步扩大，以及通信质量的进一步提升奠定基础。 参考文献 1王慧，丁攀峰，蒲继雄.椭圆高斯光束基于螺旋相位板产生奇点光束的特性研究J.激光与光电子学进展，xx，53（10）：24