Author Affiliations
Abstract
1 School of Computer and Communication Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China
2 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics (WNLO) and National Engineering Laboratory for Next Generation Internet Access System, School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
In this paper, we present a fast mode decomposition method for few-mode fibers, utilizing a lightweight neural network called MobileNetV3-Light. This method can quickly and accurately predict the amplitude and phase information of different modes, enabling us to fully characterize the optical field without the need for expensive experimental equipment. We train the MobileNetV3-Light using simulated near-field optical field maps, and evaluate its performance using both simulated and reconstructed near-field optical field maps. To validate the effectiveness of this method, we conduct mode decomposition experiments on a few-mode fiber supporting six linear polarization (LP) modes (LP01, LP11e, LP11o, LP21e, LP21o, LP02). The results demonstrate a remarkable average correlation of 0.9995 between our simulated and reconstructed near-field light-field maps. And the mode decomposition speed is about 6 ms per frame, indicating its powerful real-time processing capability. In addition, the proposed network model is compact, with a size of only 6.5 MB, making it well suited for deployment on portable mobile devices.
deep learning lightweight neural network few-mode fiber mode decomposition 
Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 020604
Author Affiliations
Abstract
1 School of Information Science and Technology, Fudan University, Shanghai 200433, China
2 Changfei Optical Fiber and Cable Joint Stock Limited Company, Wuhan 430073, China
3 Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210000, China
We experimentally transmit eight wavelength-division-multiplexing (WDM) channels, 16 quadratic-amplitude-modulation (QAM) signals at 32-GBaud, over 1000 km few mode fiber (FMF). In this experiment, we use WDM, mode division multiplexing, and polarization multiplexing for signal transmission. Through the multiple-input–multiple-output (MIMO) equalization algorithms, we achieve the total line transmission rate of 4.096 Tbit/s. The results prove that the bit error rates (BERs) for the 16QAM signals after 1000 km FMF transmission are below the soft-decision forward-error-correction (SD-FEC) threshold of 2.4×10-2, and the net rate reaches 3.413 Tbit/s. Our proposed system provides a reference for the future development of high-capacity communication.
optical fiber communication mode division multiplexing few-mode fiber multiple-input–multiple-output high-capacity transmission long-distance transmission 
Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 010602
Zhigang Han 1,2,*Junbo Li 1,2Siliang Liu 1,2Fangxin Li 1,2[ ... ]Rihong Zhu 1,2
Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronic Engineering and Optoelectronic Technology, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China
2 MIIT Key Laboratory of Advanced Solid Laser, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China
Four-channel off-axis holography is proposed to simultaneously understand the polarization states and the mode coefficients of linearly polarized (LP) modes in few-mode fiber. Far-field off-axis holograms in the four polarization directions of the fiber laser were acquired at the same moment through a four-channel holographic device. The weights, the relative phase differences, and the polarization parameters of the vector fiber laser mode can be solved simultaneously. The simulated and experimental mode analysis of the laser output by 1060-XP fiber with 6 LP modes at 632.8 nm is conducted, which shows that the similarity of the total intensity distribution of the laser before and after mode analysis is above 0.97. The mode polarization states, the mode weights, and the relative phase differences of the few-mode laser can be determined simultaneously in a single shot by four-channel off-axis holography.
vectorial fiber laser few-mode fiber off-axis holography mode decomposition 
Chinese Optics Letters
2023, 21(12): 120601
作者单位
摘要
复旦大学通信科学与工程系电磁波信息科学教育部重点实验室,上海 200433
基于少模光纤的空分复用(SDM)技术是一种能将现有单模光纤通信系统的容量提高数十倍的关键技术,作为一种克服传统单模光纤通信系统容量瓶颈的有效手段,值得深入研究。本综述介绍了基于强耦合的少模光纤模分复用中的复用/解复用器、光纤放大器、少模光纤、光传输系统集成器件的关键技术及研究进展,介绍了部分较为经典的或是最新的强耦合少模光纤复用光传输系统的实验,并探讨了模分复用光传输系统的未来研究方向。
空分复用 强耦合 少模光纤 模分复用器 少模光纤放大器 集成器件 space division multiplexing strong coupling few-mode fiber mode division multiplexer few-mode fiber amplifier integrated device 
激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2300008
作者单位
摘要
北京交通大学电子信息工程学院,北京 100044
基于COMSOL平台,设计一种沟槽辅助下双层阶跃折射率结构的四模掺铒光纤。通过对铒离子能级结构、稳态方程和速率方程的理论研究,利用Matlab软件搭建少模光纤放大器系统。利用模拟退火算法实现三层掺杂区域下的铒离子浓度的优化,以确保所设计的四模掺铒光纤放大器的增益特性。仿真结果表明:在纤芯泵浦方式下利用波长为1480 nm的泵浦光对1550 nm的四模式信号进行放大,得到的各模式信号平均增益为26.07 dB,模间增益差(DMG)为0.106 dB;对所设计光纤进行折射率容差分析,得到的平均增益为26.08 dB,DMG为0.34 dB。结果证明了所设计的少模光纤放大器的稳定特性,其具有广泛的发展前景和应用潜力。
空分复用 少模光纤放大器 模拟退火算法 增益均衡 space-division multiplexing few-mode fiber amplifier simulated-annealing algorithm gain equalization 
光学学报
2023, 43(22): 2206007
作者单位
摘要
北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室,北京 100876
提出一种具有同心圆形应力区的熊猫型保偏少模光纤结构,该结构可以稳定支持10个传输模式。通过引入低折射率应力区,高阶模式之间的有效折射率差提升了近一个数量级,相邻模式之间的最小有效折射率差在1550 nm处达到2×10-4,在C波段不低于1.8×10-4。模式色散不高于|-55.0219| ps/(nm·km),最大弯曲损耗在10-7 dB/m量级(弯曲半径≥9.5 cm)。该研究成果为短距离大容量的光纤设计提供了思路。
光纤光学 少模光纤 空分复用 保偏 简并模 fiber optics few-mode fiber space division multiplexing polarization-maintaining degenerate mode 
光学学报
2023, 43(20): 2006001
作者单位
摘要
1 武汉理工大学理学院,湖北 武汉 430070
2 中兴通讯无线产品运营部,广东 深圳 518000
提出了一种少模光纤迈克尔孙干涉仪(MI)级联法布里-珀罗干涉仪(FPI)的游标增敏折射率传感器。少模光纤MI用作参考干涉仪,开放腔FPI作为传感干涉仪,解决了传统双FPI传感器的参考干涉仪制备复杂、可控性差的问题。仿真研究了单模-少模光纤错位量对少模光纤模式激发效率的影响,以及少模光纤长度对增敏倍数的影响。基于仿真优化参数制备了少模光纤MI-FPI传感器,并测试了其折射率响应特性,分析了增敏极限及限制因素。该传感器在1.3384~1.3412的折射率范围内的折射率灵敏度达到12466.956 nm/RIU(灵敏度单位),相对于无MI级联的单个FPI传感器提升了12.29倍,放大倍数可基于少模光纤长度灵活控制。该方法使传感器的增敏效果显著、增敏倍数可控、制备方法简单且光谱稳定性好,在折射率传感领域具有潜在的应用价值。
光纤光学 迈克尔孙干涉仪 少模光纤 模式反射 游标效应 折射率传感器 fiber optics Michelson interferometer few-mode fiber mode reflection Vernier effect refractive index sensor 
光学学报
2023, 43(19): 1906006
作者单位
摘要
1 复旦大学信息科学与工程学院通信科学与工程系,上海 200433
2 长飞光纤光缆股份有限公司,湖北 武汉 430073
3 南京信息工程大学物理与光电工程学院,江苏 南京 210044
为了解决通信容量不足以及非线性损伤问题,基于正交相位(IQ)调制外差相干探测,利用极化复用技术、模分复用技术以及先进的数字处理算法,搭建了单通道模分复用少模光纤传输系统,并成功实现了波特率为32 Gbaud的16正交振幅调制(QAM)信号在两个兼并模LP11a和LP11b模式下的1000 km传输。使用时域和频域多输入多输出最小均方(MIMO-LMS)算法进行均衡处理后,误码率(BER)低于软判决前向纠错(SD-FEC)的阈值(5.2×10-2)。
光通信 光纤通信 模分复用 少模光纤 极化复用 长距离传输 optical communications optical fiber communications modular division multiplexing few-mode fiber polarization multiplexing long-haul transmission 
中国激光
2023, 50(19): 1906006
作者单位
摘要
复旦大学通信科学与工程系电磁波信息科学教育部重点实验室,上海 200433
采用少模光纤强耦合模分复用技术是大容量光纤通信系统的一种主要方案,而数字信号处理能在数字域补偿信道中带来的损伤,为信号恢复提供了灵活性并进一步提升传输容量。介绍了少模光纤强耦合通信系统中相比单模光纤系统所受到的额外损伤,并介绍了补偿损伤所使用的多输入多输出(MIMO)均衡算法、空时编码(STC)算法、干扰消除算法和最大似然估计算法的工作原理和主要研究进展,同时阐述了当前这些算法在复杂度、传输时延、光传输速率等方面仍存在局限性。结果表明,MIMO均衡算法结合STC有明显优势,在未来大容量长距离少模光纤强耦合通信系统中具有重要的应用意义。
光通信 模分复用 强耦合 少模光纤 多输入多输出均衡器 空时编码 干扰消除 optical communications mode division multiplexing strong mode coupling few-mode fiber multiple input multiple output equalizer space-time code interference cancellation 
激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1700001
作者单位
摘要
1 暨南大学信息科学技术学院,广东 广州 510632
2 中山大学电子与信息工程学院,广东 广州 510275
本文从局域耦合模理论出发,对基于CO2激光器刻写的强调制少模长周期光纤光栅建立模型,实现了少模光栅调制区域纤芯传导模式间的耦合过程分析。该模型通过引入非对称与角向折射率调制,表征了光栅调制中较强且呈角向的折射率变化,从而获得了更准确的模式耦合系数及传播常数;将模式耦合系数及传播常数代入基模与三阶角向模式之间的耦合方程进行求解,实现了对光栅传输谱的仿真,且仿真结果与实验结果相匹配。最后,通过改变光栅模型的参数(光栅周期、周期数、调制深度),研究了传输谱的变化规律,为设计与制作更高阶模式的强调制少模长周期光纤光栅提供了参考。相比于其他模型,该模型能更准确地分析基于局部高强度激光照射、热处理的强调制长周期光纤光栅的传输谱特性。
光栅 长周期光纤光栅 折射率调制 少模光纤 传输谱 gratings long-period fiber grating refractive index modulation few-mode fiber transmission spectrum 
中国激光
2023, 50(13): 1306002

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