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光學軌道角動量及其在光通信中的應用 版權信息
- ISBN：9787030709097
- 條形碼：9787030709097 ; 978-7-03-070909-7
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
光學軌道角動量及其在光通信中的應用 內(nèi)容簡介
本書主要對光學軌道角動量（OAM）及其在光通信中的應用進行研究。全書共7章：第1章介紹了OAM模式復用技術的基本概念以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀；第2章給出了光學OAM的矢量場理論和典型的OAM光束及其性質(zhì)；第3章推導了理想環(huán)狀光纖中的OAM模式理論，并求解了對應的本征模式和OAM模式；第4章分別研究了非理想環(huán)狀光纖中的OAM模式在橢圓和不同心兩種微擾條件下的模式耦合問題；第5章提出并推導了可用來分析多模光纖中模式耦合與模式色散的密度矩陣理論；第6章給出了基于純相位空間光調(diào)制器的OAM模式產(chǎn)生方法；第7章首先分析了大氣以及光纖中模式復用傳輸時遇到的相位畸變和信號串擾問題，并提出了初步的均衡與補償方案，*后對OAM模分復用系統(tǒng)的未來進行了展望。 本書內(nèi)容系統(tǒng)全面，深入淺出，力求展現(xiàn)OAM模分復用技術領域的近期新科研成果。本書可作為高等院校信息與通信工程、光學工程、電子科學與技術、電子信息等專業(yè)領域研究生的教材，也可為從事光通信技術領域研究的科研和工程技術人員提供參考。
光學軌道角動量及其在光通信中的應用 目錄
目錄
前言
名詞縮寫表
第1章 緒論 1
1.1 光通信技術的發(fā)展背景 1
1.2 光纖復用傳輸系統(tǒng)的發(fā)展歷程與趨勢 2
1.2.1 光纖復用傳輸系統(tǒng) 2
1.2.2 空分及模分復用技術 5
1.3 OAM 模式復用關鍵技術 12
1.3.1 光學 OAM 的基本概念 12
1.3.2 OAM 模式的產(chǎn)生 14
1.3.3 傳輸 OAM 模式的光纖結構 15
1.3.4 OAM 模分復用集成器件 17
1.3.5 OAM 模式的耦合與色散 18
1.4 OAM 模分復用傳輸系統(tǒng) 19
1.4.1 自由空間中的 OAM 模分復用傳輸系統(tǒng) 20
1.4.2 光纖中的 OAM 模分復用傳輸系統(tǒng) 24
參考文獻 27
第2章 光學軌道角動量理論 37
2.1 光學軌道角動量 37
2.1.1 亥姆霍茲方程和標量電磁波近似 37
2.1.2 軌道角動量 39
2.1.3 自旋角動量 42
2.2 典型的 OAM 光束 43
2.2.1 拉蓋爾–高斯光束 44
2.2.2 貝塞爾光束 45
2.3 光學 OAM 的矢量場理論 53
2.3.1 柱坐標下麥克斯韋方程組的貝塞爾解 53
2.3.2 矢量電磁場的軌道和自旋角動量 58
2.3.3 “±” 模式矢量貝塞爾光束的軌道和自旋角動量 60
2.3.4 TE/TM 模式矢量貝塞爾光束的軌道和自旋角動量 62
2.4 附錄 63
2.4.1 貝塞爾函數(shù)及其性質(zhì) 63
2.4.2 單色波的貝塞爾光束展開 68
2.4.3 貝塞爾光束的角頻譜 69
2.4.4 光場的軌道與自旋動量密度 70
參考文獻 72
第3章 階躍型環(huán)狀光纖的 OAM 模式理論及光纖設計 73
3.1 階躍型環(huán)狀光纖的 OAM 模式理論 73
3.1.1 環(huán)狀光纖的結構 73
3.1.2 環(huán)狀光纖模式的基礎理論 75
3.2 階躍光纖模式的光學性質(zhì) 80
3.2.1 模式特征方程的數(shù)值求解 80
3.2.2 傳統(tǒng)光纖模式的場分布和色散曲線 83
3.2.3 環(huán)狀光纖模式的場分布和色散曲線 85
3.3 OAM 模式光纖結構設計 88
3.4 中心區(qū)域為駐波的環(huán)狀光纖 93
3.4.1 模式特征方程 93
3.4.2 場分布和色散曲線 95
參考文獻 97
第4章 環(huán)狀光纖中的 OAM 模式耦合 99
4.1 模式耦合的基礎理論 99
4.1.1 非理想光纖本征模式的微擾展開 99
4.1.2 非理想光纖本征模式的傅里葉級數(shù)形式 105
4.2 橢圓微擾下的模式耦合 109
4.2.1 橢圓環(huán)狀光纖本征模式的場分布 109
4.2.2 橢圓微擾下的模式耦合 110
4.2.3 不圓度對耦合的影響 113
4.3 不同心微擾下的模式耦合 118
4.3.1 不同心環(huán)狀光纖本征模式的場分布 118
4.3.2 不同心微擾下的模式耦合 118
4.3.3 不同心度對耦合的影響 120
參考文獻 121
第5章 模式耦合與色散的密度矩陣理論 123
5.1 密度矩陣算符 124
5.1.1 偏振模色散的斯托克斯理論 125
5.1.2 密度矩陣算符 129
5.2 演化方程 132
5.3 級聯(lián)規(guī)則 141
5.4 統(tǒng)計模型 147
5.5 數(shù)值模擬 151
5.6 附錄——2 維模式空間中密度矩陣理論和斯托克斯理論的對應關系 158
參考文獻 165
第6章 OAM模式的激勵與干涉 168
6.1 純相位空間光調(diào)制器 168
6.1.1 純相位空間光調(diào)制器的結構 168
6.1.2 純相位空間光調(diào)制器的相位調(diào)制原理 169
6.2 OAM 模式的激勵 172
6.2.1 OAM 模式激勵原理 172
6.2.2 OAM 模式激勵實驗 173
6.3 OAM 模式與基模的干涉 179
6.3.1 OAM 模式與基模的干涉原理 179
6.3.2 OAM 模式與基模的干涉實驗 180
參考文獻 181
第7章 OAM 模分復用系統(tǒng) 184
7.1 自由空間中 OAM 模分復用系統(tǒng) 184
7.1.1 OAM 模式的相位畸變 185
7.1.2 OAM 復用模式串擾 188
7.1.3 自由空間中 OAM 模分復用系統(tǒng)展望 190
7.2 OAM 模分復用光纖通信系統(tǒng) 191
7.2.1 OAM 模分復用光纖通信系統(tǒng)發(fā)展趨勢 191
7.2.2 OAM 模分復用光纖通信系統(tǒng)接收端信號性能恢復方案 192
7.2.3 OAM 模式在光纖中傳輸時的相位及串擾補償 194
參考文獻 196
前言
名詞縮寫表
第1章 緒論 1
1.1 光通信技術的發(fā)展背景 1
1.2 光纖復用傳輸系統(tǒng)的發(fā)展歷程與趨勢 2
1.2.1 光纖復用傳輸系統(tǒng) 2
1.2.2 空分及模分復用技術 5
1.3 OAM 模式復用關鍵技術 12
1.3.1 光學 OAM 的基本概念 12
1.3.2 OAM 模式的產(chǎn)生 14
1.3.3 傳輸 OAM 模式的光纖結構 15
1.3.4 OAM 模分復用集成器件 17
1.3.5 OAM 模式的耦合與色散 18
1.4 OAM 模分復用傳輸系統(tǒng) 19
1.4.1 自由空間中的 OAM 模分復用傳輸系統(tǒng) 20
1.4.2 光纖中的 OAM 模分復用傳輸系統(tǒng) 24
參考文獻 27
第2章 光學軌道角動量理論 37
2.1 光學軌道角動量 37
2.1.1 亥姆霍茲方程和標量電磁波近似 37
2.1.2 軌道角動量 39
2.1.3 自旋角動量 42
2.2 典型的 OAM 光束 43
2.2.1 拉蓋爾–高斯光束 44
2.2.2 貝塞爾光束 45
2.3 光學 OAM 的矢量場理論 53
2.3.1 柱坐標下麥克斯韋方程組的貝塞爾解 53
2.3.2 矢量電磁場的軌道和自旋角動量 58
2.3.3 “±” 模式矢量貝塞爾光束的軌道和自旋角動量 60
2.3.4 TE/TM 模式矢量貝塞爾光束的軌道和自旋角動量 62
2.4 附錄 63
2.4.1 貝塞爾函數(shù)及其性質(zhì) 63
2.4.2 單色波的貝塞爾光束展開 68
2.4.3 貝塞爾光束的角頻譜 69
2.4.4 光場的軌道與自旋動量密度 70
參考文獻 72
第3章 階躍型環(huán)狀光纖的 OAM 模式理論及光纖設計 73
3.1 階躍型環(huán)狀光纖的 OAM 模式理論 73
3.1.1 環(huán)狀光纖的結構 73
3.1.2 環(huán)狀光纖模式的基礎理論 75
3.2 階躍光纖模式的光學性質(zhì) 80
3.2.1 模式特征方程的數(shù)值求解 80
3.2.2 傳統(tǒng)光纖模式的場分布和色散曲線 83
3.2.3 環(huán)狀光纖模式的場分布和色散曲線 85
3.3 OAM 模式光纖結構設計 88
3.4 中心區(qū)域為駐波的環(huán)狀光纖 93
3.4.1 模式特征方程 93
3.4.2 場分布和色散曲線 95
參考文獻 97
第4章 環(huán)狀光纖中的 OAM 模式耦合 99
4.1 模式耦合的基礎理論 99
4.1.1 非理想光纖本征模式的微擾展開 99
4.1.2 非理想光纖本征模式的傅里葉級數(shù)形式 105
4.2 橢圓微擾下的模式耦合 109
4.2.1 橢圓環(huán)狀光纖本征模式的場分布 109
4.2.2 橢圓微擾下的模式耦合 110
4.2.3 不圓度對耦合的影響 113
4.3 不同心微擾下的模式耦合 118
4.3.1 不同心環(huán)狀光纖本征模式的場分布 118
4.3.2 不同心微擾下的模式耦合 118
4.3.3 不同心度對耦合的影響 120
參考文獻 121
第5章 模式耦合與色散的密度矩陣理論 123
5.1 密度矩陣算符 124
5.1.1 偏振模色散的斯托克斯理論 125
5.1.2 密度矩陣算符 129
5.2 演化方程 132
5.3 級聯(lián)規(guī)則 141
5.4 統(tǒng)計模型 147
5.5 數(shù)值模擬 151
5.6 附錄——2 維模式空間中密度矩陣理論和斯托克斯理論的對應關系 158
參考文獻 165
第6章 OAM模式的激勵與干涉 168
6.1 純相位空間光調(diào)制器 168
6.1.1 純相位空間光調(diào)制器的結構 168
6.1.2 純相位空間光調(diào)制器的相位調(diào)制原理 169
6.2 OAM 模式的激勵 172
6.2.1 OAM 模式激勵原理 172
6.2.2 OAM 模式激勵實驗 173
6.3 OAM 模式與基模的干涉 179
6.3.1 OAM 模式與基模的干涉原理 179
6.3.2 OAM 模式與基模的干涉實驗 180
參考文獻 181
第7章 OAM 模分復用系統(tǒng) 184
7.1 自由空間中 OAM 模分復用系統(tǒng) 184
7.1.1 OAM 模式的相位畸變 185
7.1.2 OAM 復用模式串擾 188
7.1.3 自由空間中 OAM 模分復用系統(tǒng)展望 190
7.2 OAM 模分復用光纖通信系統(tǒng) 191
7.2.1 OAM 模分復用光纖通信系統(tǒng)發(fā)展趨勢 191
7.2.2 OAM 模分復用光纖通信系統(tǒng)接收端信號性能恢復方案 192
7.2.3 OAM 模式在光纖中傳輸時的相位及串擾補償 194
參考文獻 196
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光學軌道角動量及其在光通信中的應用 節(jié)選
第1章 緒論 1.1 光通信技術的發(fā)展背景 光通信是指利用某種特定波長 (頻率) 的光波信號承載信息將此光信號通過光纖或者大氣信道傳送到對方，然后再還原出原始信息的過程。從 3000 多年前的狼煙傳信到目前仍然在使用的旗語、信號燈都可以看作是*原始的光通信。1880年，美國的貝爾發(fā)明了光電話，如圖 1-1 所示，其基本原理是利用弧光燈或太陽光作為光源，光束通過透鏡聚焦在話筒的振動鏡上。當人對著話筒講話時，振動片隨著話音振動而使反射光的強弱隨著話音的強弱作相應的變化，從而使話音信息 “承載” 在光波上，也就是光調(diào)制。接收端裝有一個拋物面接收鏡，把經(jīng)過大氣傳送過來的載有話音信息的光波反射到硅光電池上，硅光電池將光能轉換成電流，也就是光解調(diào)。電流送到聽筒，就可以聽到從發(fā)送端送過來的聲音了。無論是原始的光通信還是貝爾的光電話，都有兩個非常顯著的缺點：**是光源，太陽或弧光燈發(fā)出的都是自然光，為非相干光，方向性也不好，不容易調(diào)制和傳輸；第二是以大氣作為傳輸介質(zhì)，光信號在大氣中傳輸時損耗較大，傳輸?shù)娜萘亢途嚯x非常有限，且極易受到天氣的影響，通信質(zhì)量難以得到保證。 圖1-1 貝爾發(fā)明的光電話結構原理圖 1966 年，華裔物理學家、諾貝爾物理學獎獲得者高錕發(fā)表了一篇題為《光頻率介質(zhì)纖維表面波導》的論文[1]，開創(chuàng)性地提出只要解決好玻璃纖維中重金屬含量導致的損耗過大等問題，就可以將玻璃制作成光學纖維，以實現(xiàn)信息的高效傳輸，為光纖通信的實用化打下了堅實的理論基礎。接著，1970 年康寧公司拉制出世界上**根光纖，之后的十幾年間康寧公司以及日本電報電話公司等光纖生產(chǎn)商將光纖的損耗降低到了 0.20dB/km 以下，解決了光傳輸介質(zhì)的問題。1960 年，美國人梅曼 (Maiman) 發(fā)明了**臺紅寶石激光器；1970 年，美國貝爾實驗室研制成功可在室溫下連續(xù)振蕩的鎵鋁砷 (GaAlAs) 半導體激光器，為高速信息的光調(diào)制提供了光源條件。1977 年，Kerdock 和 Wolaver 首次完成了光纖現(xiàn)場測試系統(tǒng)中傳輸信號 [2] 的實驗。20 世紀七八十年代，以美國、日本、英國、法國為代表的西方國家加快了對光纖通信關鍵技術的研究突破，1985 年英國南安普頓大學的D. Payne 等通過在石英光纖中摻入少量的稀土元素鉺離子，成功研制出摻鉺光纖放大器 (Erbium Doped Fiber Amplifier，EDFA)，使光纖通信系統(tǒng)的長距離傳輸成為可能，并于 1988 年和 1989 年分別建成了**條橫跨大西洋的 TAT-8 海底光纜通信系統(tǒng)和**條橫跨太平洋的 TPC-3/HAW-4 海底光纜通信系統(tǒng)。另外，波分復用技術和相干接收技術的應用，以及波分復用器和其他無源光器件的發(fā)展，使光纖通信迅速成為目前承載海量信息傳輸?shù)?主要手段。目前商用的單模光纖(Single-Mode Fiber， SMF) 通信系統(tǒng)的結構原理如圖 1-2 所示。 圖 1-2 單模光纖通信系統(tǒng)的結構原理框圖 [3] 邁入 21 世紀，信息化浪潮席卷全球，引發(fā)了一場新的產(chǎn)業(yè)革命，信息產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中的作用與日俱增，已成為重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一。光纖作為全球通信主干網(wǎng)絡的*主要介質(zhì)，其重要性不言而喻。《科學美國人》評價光纖通信是 “二戰(zhàn)以來具有重要意義的四大發(fā)明之一”，沒有光纖通信就沒有今天的互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)絡 [4]。 1.2 光纖復用傳輸系統(tǒng)的發(fā)展歷程與趨勢 1.2.1 光纖復用傳輸系統(tǒng) 光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展主要分為三個階段 [5.8]。20 世紀 70 年代到 80 年代為**階段，主要標志為光纖性能的改善以及時分復用 (Time Division Multiplexing，TDM) 技術的應用，光纖傳輸損耗降低至 0.2dB/km，工作波長由短波長 (0.8μm)向長波長 (1.3μm 和 1.55μm) 演變，比特率也由 20～100Mbit/s 提升至 1.7Gbit/s以上；20 世紀 80 年代后期至 90 年代為第二階段，貝爾實驗室厲鼎毅博士等發(fā)明的波分復用系統(tǒng)與英國南安普頓大學發(fā)明的摻鉺光纖放大器的應用為光纖通信系統(tǒng)帶來了跨越式發(fā)展，EDFA 是光通信史上*重要的發(fā)明之一，它解決了波分復用器的插入損耗問題，由此波分復用技術的發(fā)展步入快車道，光通信系統(tǒng)速率成倍增長；21 世紀以來為第三階段，隨著器件水平的發(fā)展以及系統(tǒng)擴容的需要，以采用高頻譜效率的高階調(diào)制格式 (PM-QPSK、PM-8QAM、PM-32QAM)、偏振復用 (Polarization Division Multiplexing， PDM)、正交頻分復用 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing， OFDM)[9] 為主要傳輸復用技術，以及在接收端用數(shù)字信號處理 (Digital Signal Processing，DSP) 技術來補償光纖中各種損傷的相干光通信技術逐漸成為主流，進一步提高了光纖信道容量。過去四十年來一系列技術突破，使得每根光纖的容量每 4 年便增加 10 倍 [8]，如圖 1-3 所示。 圖 1-3 光纖傳輸系統(tǒng)容量的演變 [8] 如今，隨著人工智能 (AI)、物聯(lián)網(wǎng) (IoT)、大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡視頻服務、云計算、AR+VR、WiFi-6、5G 移動通信技術等的飛速發(fā)展 [8]，全球數(shù)據(jù)流量以指數(shù)形式呈現(xiàn)爆炸式增長 [10.14]。李克強總理在 2015 年**季度的經(jīng)濟形勢座談會上指出，要提高中國的網(wǎng)絡帶寬，加大信息基礎設施建設 [15]。2017 年思科公司發(fā)布的報告指出，2016～2021 年的五年間，全球網(wǎng)絡協(xié)議 (Internet Protocol，IP) 流量將以年均負荷增長率 24％增長 3 倍左右，2021 年的年度全球 IP 流量將達到3.3ZB[14]。與此同時，寬帶速率也在飛速增長。2018 年思科公司發(fā)表的白皮書指出，2023 年全球固定寬帶速率將達到 110.4Mbit/s，是 2018 年速率 (45.9Mbit/s)的兩倍多 [16]，并且，這種數(shù)據(jù)量的指數(shù)式增長未來仍會持續(xù)幾十年 [10]，甚至一個世紀 [17]。這意味著每時每刻都有海量數(shù)據(jù)需要通過光纖進行傳輸，這對光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率和容量以及光網(wǎng)絡的智能化都提出了更高的要求，光纖通信的發(fā)展正朝著超高速、超大容量、超長距離的 “三超” 目標邁進 [4]。 由光場的分布公式 E(x， y， z， t) = .eA0ejφψ(x， y) exp[j(ωt . βz)]ejlθ 可知，光纖可用的復用維度包括：時間、頻率、偏振、(正交) 相位以及空間幅度和空間相位 [18]，如圖 1-4 所示。目前，除了空間維度以外，基于 .e 相互垂直的兩個方向.ex 和 .ey 的偏振復用技術，基于幅度和相位 A0ejφ 的高階調(diào)制技術，基于時間 t的時分復用技術，以及基于波長或頻率 ω 的波分復用技術已經(jīng)被陸續(xù)應用到當前的單模光纖傳輸系統(tǒng)中，即系統(tǒng)中只有一個基模——HE11 模可以傳輸，也就是光場分布式中與空間相位有關的拓撲荷 l = 0 對應的模式，此時表征能量傳輸方向的坡印亭矢量軌跡為沿 z 軸方向的直線。然而，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前的單模光纖通信系統(tǒng)光波的頻譜利用率已經(jīng)幾乎達到極限，其傳輸容量即將達到100Tbit/s 的香農(nóng)極限 [19.21]，如果僅通過基于奈奎斯特-波分復用 (Nyquist-Wave Division Multiplexing， Nyquist-WDM) 或者光正交頻分復用 (Optical-Orthogonal Frequency Division Multiplexing， O-OFDM) 的超信道技術和繼續(xù)提高調(diào)制格式階數(shù)的方法來增大容量，必會給系統(tǒng)帶來很大的損傷。單模光纖通信系統(tǒng)容量的增長乏力與數(shù)據(jù)流量呈指數(shù)增長之間的差異可能會導致容量短缺危機的到來 [12，22]。 圖 1-4 光通信中用于調(diào)制與復用的五個物理維度 [23] 為了進一步提高傳輸速率、增大傳輸容量以滿足急劇增長的帶寬要求，探尋新的光纖傳輸復用維度，并將其與其他新型復用技術進行結合是解決容量危機的另一個有效途徑。此時，基于空間維度的空分復用 (Space Division Multiplex， SDM)技術應運而生，其中包括多芯光纖和基于空間幅度 ψ(x， y) 或空間相位 ejlθ 項的模分復用技術，相當于在光纖傳輸過程中增加了一個新的復用維度，使光纖的頻譜利用率和傳輸容量再一次得到提高，而成為*有前途的新型復用技術，有望與其他復用技術協(xié)調(diào)共用以解決即將面臨的容量短缺危機，因此成為當下的研究熱點。 1.2.2 空分及模分復用技術 空分復用是一種利用空間信道來提高容量的復用技術，可以應用于自由空間光 (Free Space Optical， FSO) 通信或者波導型光通信中。圖 1-5 給出了空分復用技術的演進過程。圖 1-5(a) 為實現(xiàn)空分復用*簡單的形式，該方案將多個現(xiàn)已存在的波分復用系統(tǒng)作為空間信道并行起來，使系統(tǒng)容量增加到原來的 M 倍，但是該方案的每個空間信道仍然是單模光纖和器件，所以整個系統(tǒng)的開銷及功耗也同時增加為 M 倍，因此該方案不具備實用化優(yōu)勢。為了讓空分復用系統(tǒng)能夠在商業(yè)網(wǎng)絡和系統(tǒng)中應用，需要降低每比特信息的開銷和能耗，這樣才能在滿足網(wǎng)絡容量需求迅速增加的同時保證系統(tǒng)功耗*低 [24]，因此必須將系統(tǒng)中的空間信道系統(tǒng)組件進行集成。圖 1-5(b) 是將可重構光分/插復用器、光放大器、轉發(fā)器、網(wǎng)絡單元等器件集成的空分復用系統(tǒng)。圖 1-5(c) 是將系統(tǒng)的無源器件、有源器件以及光纖鏈路等所有路徑都集成的空分復用系統(tǒng)，該方案的實現(xiàn)有可能基于光信號在多芯光纖中傳輸，也可能使用基于少模或 OAM 模式復用的光纖傳輸，從器件集成到整個空分復用系統(tǒng)的集成不僅可以降低功耗還可以減小安裝的費用，從而減小基礎建設的資金投入和后期運營的開支，以滿足商業(yè)*大利益化的需求 [8，25，26]。 圖1-5 空分復用技術的演進 (a) 基于空間并行傳輸路徑的空分復用系統(tǒng)；(b) 可重構光分/插復用器、光放大器、轉發(fā)器等部分器件集成的空分復用系統(tǒng)；(c) 未來光纖鏈路、器件等所有路徑都集成的空分復用系統(tǒng) [11]。TX：發(fā)射機；RX：接收機 圖 1-6 總結了實現(xiàn)空分復用的幾種不同方法 [27]，空分復用技術大致可分為兩種技術路線，即多芯光纖（Multi-Core Fiber）復用和多模復用。其中多模復用又被稱為模分復用，包括基于 LP 模式和 OAM 模式的復用技術。在多芯光纖中，每個纖芯的不同信道還可以進行波分、偏振、多模等多種形式的復用，而超模則是由耦合的多芯光纖構成。 圖1-6 實現(xiàn)空分復用的幾種方法 [27] 1.2.2.1 基于多芯光纖的空分復用技術 多芯光纖 (Multi-Core Fiber， MCF) 的概念*早由日本古河電氣工業(yè)株式會社的 S. Inao 等于 1979 年提出 [28]，但是直到 1994 年法國電信聯(lián)合阿爾卡特公司設計開發(fā)了 4 芯單模光纖后才**次進行了長距離通信實驗 [29]。基于多芯光纖的空分復用技術，即多芯光纖的每個纖芯相當于一個獨立的信道，這些獨立的信道還可以分別進行波長、偏振復用或高階調(diào)制。自多芯光纖的概念提出以來的四十年，日本和美國的光纖生產(chǎn)商在多芯光纖的設計與拉制方面積累了豐富的經(jīng)驗，用于信息傳輸?shù)睦w芯數(shù)量也從 7～9 芯提升至目前的 20～30 芯 [30，31]，可實用化多芯光纖的*大纖芯復用數(shù)可高達 30～50 芯 [32]。近幾年，利用多芯光纖結合其他復用技術進行傳輸?shù)膶嶒炓苍絹碓节呌诔墒臁?011 年，Liu 等利用 7 芯光纖實現(xiàn)了 1.12
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