一种基于主成分先验信息的少模环芯光纤模式纯度测量方法技术

本发明专利技术公开一种基于主成分先验信息的少模环芯光纤模式纯度测量方法。首先，计算出待测少模环芯光纤支持的所有空间模式，确定最高阶次；其次，列出连接光纤输出强度模斑和每个空间模式复振幅的非线性方程组，并设计利用主成分阶次先验信息求解此方程组的算法，从而实现每个模式复振幅的恢复和主成分模式纯度的测量。然后，搭建一套检测光纤出射模场的光学装置，对于任意时刻的光纤近场强度模斑，通过干涉图样或强度模斑的形状来获得主成分阶次的先验信息，应用上述提到的算法，即可实现模式纯度的测量。本发明专利技术能够仅从光纤输出近场强度模斑中精确恢复少模环芯光纤的模式纯度，有很强的适用性。很强的适用性。很强的适用性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于主成分先验信息的少模环芯光纤模式纯度测量方法


[0001]本专利技术涉及一种基于主成分先验信息的少模环芯光纤模式纯度测量方法，属于空分复用光纤通信系统和集成光学领域。

技术介绍

[0002]轨道角动量(orbital angular momentum，OAM)光束以螺旋波前为特征，在高容量通信、光学计量学、光镊和数据存储等领域具有广阔应用前景。作为圆柱波导，少模光纤(few
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mode fiber，FMF)是OAM模式的天然容器。在理想的OAM光纤中，每个OAM模式都是正交的，能够携带独立的信息，这显著增加了通信信道容量或多参数传感的自由度。然而，实际光纤中模间耦合的不可预测性阻碍了将每个OAM模式用作可控单元的可靠性，并限制了FMF在各个领域中的应用。与传统的FMF相比，少模环芯光纤(ring core fiber，RCF)由于其环形的模场分布更适合稳定传播OAM模式。RCF还被证明能够实现高阶模式之间的弱耦合并减少径向高阶模式的出现。这些优势使得RCF成为大容量OAM模分复用通信系统的重要候选传输光纤。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于主成分先验信息的少模环芯光纤模式纯度测量方法，其特征是包括如下步骤：第1步、根据待测少模环芯光纤的结构参数，利用数值计算或解析解的方法计算待测少模环芯光纤支持的所有空间模式，确定最高阶次；第2步、将待测少模环芯光纤中的空间模场表示为光纤中能支持的所有空间模式以任意复振幅的相干叠加，列出待测少模环芯光纤的强度模斑与各空间模式复振幅之间的非线性方程组，设计利用主成分阶次先验信息的求解算法，得到各空间模式的复振幅；第3步、实验搭建一套检测光纤出射模场的放大成像光学装置，并用空间图像探测器记录任意时刻的光场强度模斑和干涉图；第4步、从光场强度模斑或干涉图中判断主成分的阶次，并将主成分的阶次与第2步中非线性方程组所需要的强度模斑信息一起代入该方程组，求解方程组从而恢复出每个模式的振幅以计算主成分的纯度。2.根据权利要求1所述的基于主成分先验信息的少模环芯光纤模式纯度测量方法，其特征是，所述少模环芯光纤，是指任意有着轴对称折射率特征的、在传输方向上无几何特征变化、能传导电磁波、并且在折射率剖面上引入高折射率环形结构的少模光纤，并不限制环形结构的位置和具体折射率大小，也不限制折射率剖面上任何其他特殊设计的引入。3.根据权利要求1所述的基于主成分先验信息的少模环芯光纤模式纯度测量方法，其特征是，第1步中，对于待测少模环芯光纤，首先确定其几何参数，及光学特征参数，对于简单的、可以得到解析解的光纤，利用解析解求出空间模式的模场分布解析表达式，对于复杂的、难以得到解析解的光纤，利用数值计算的方法，得到空间本征模式的模场分布数值解及对应模式阶次；所述空间模式，是由数值计算、解析解或实际测定得到的、彼此之间互相正交的、且经过功率归一化的一系列空间模式的统称。4.根据权利要求1所述的基于主成分先验信息的少模环芯光纤模式纯度测量方法，其特征是，第2步中所述非线性方程组，是指以来自强度模斑的信息作为已知量、以空间模式的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳格，史泽昆，王志，毛百威，郭慧毅，王攀，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：