【摘 要】
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为了满足光纤通信系统的扩容需求、突破光电转换和数字信号处理的带宽瓶颈,模分复用传输与基于四波混频效应的全光信号处理成为国内外光纤通信技术的研究热点。由于高非线性少模光纤中模间四波混频效应的相位匹配条件灵活、可同时实现波长和模式转换、具有飞秒级的响应时间、对调制格式和通信速率透明等优点,将成为未来波分-模分复用（WDM-MDM）光网络节点中实现全光信号处理的重要技术手段。目前模间四波混频研究主要集中
【基金项目】
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国家重点研发计划“基于新波段、新光纤、新放大的高速光传输技术及系统验证（2018YFB1801000）”; 国家自然科学基金面上项目“基于循环模式转换的少模光纤链路差分模式群时延管理及应用（61875061）”; 国家自然科学基金国际（地区）合作与交流项目NSFC-STINT（中瑞）“空分复用传输用多模多芯光纤技术（61711530043）”
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为了满足光纤通信系统的扩容需求、突破光电转换和数字信号处理的带宽瓶颈,模分复用传输与基于四波混频效应的全光信号处理成为国内外光纤通信技术的研究热点。由于高非线性少模光纤中模间四波混频效应的相位匹配条件灵活、可同时实现波长和模式转换、具有飞秒级的响应时间、对调制格式和通信速率透明等优点,将成为未来波分-模分复用（WDM-MDM）光网络节点中实现全光信号处理的重要技术手段。目前模间四波混频研究主要集中于全光波长转换,存在模间非线性系数较低、模式数目较少、波长转换会寄生引入模式转换等问题。论文针对基于高非线性少模光纤的全光信号处理开展研究,提出了一种有源模式选择性转换理论,设计、制备并完成了高非线性少模光纤性能测试,分别对模间波长转换和模式选择性转换应用开展研究。主要创新性研究成果包括:（1）提出了基于波长简并布拉格散射过程的有源模式选择性转换理论,并推导出其相位匹配条件,对于确定信号光,通过向初始模式和目标模式注入一对确定波长和功率的泵浦光即可实现信号光的模式转换并完全消除寄生的波长转换。（2）设计、制备了圆芯高非线性少模光纤（HNL-FMF）并完成了性能参数测试。通过提高纤芯Ge O2掺杂并减少纤芯尺寸,该HNL-FMF支持传输的基模HE11和高阶矢量模HE21、TE01、TM01之间可同时实现不同的模间四波混频过程,且任意两个模式间非线性系数均高达2.8（W·km）-1。对于确定信号光,根据模式传输常数测试结果向初始模式和目标模式分别注入特定波长的泵浦光,利用2公里HNL-FMF、最低采用6.2d Bm泵浦光即可实现上述任意两个模式间的波长转换。（3）设计了基于椭圆芯高非线性少模光纤（e-HNL-FMF）适用于波分-模分网络的光交叉连接器（OXC）,其中e-HNL-FMF支持LP01、LP11a和LP11b三个模式,其理论模间非线性系数达到γ01,11a=3.23（W·km）-1和γ01,11b=3.14（W·km）-1,且各模式的差分模式群时延在1548.45nm处均为0,满足C波段有源模式选择性转换的相位匹配条件。仅采用195m长的e-HNL-FMF,所构建OXC的有源模式选择性转换3d B带宽在C波段均大于100GHz,理论上可完成100-Gbaud 16QAM信号的3波长超信道到3模式超信道转换。
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