CN115455355B - 一种多芯少模光纤模间串扰检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤技术领域，尤其是指一种多芯少模光纤模间串扰检测方法、装置及计算机存储介质；本发明所述的多芯少模光纤模间串扰检测方法，首先根据光纤参数计算每个模式的电场分布，然后根据电场分布和注入功率计算模式间耦合系数，最后基于耦合模理论，重新推导了超模之间串扰量的计算方式，相比于MonteCarlo模型和ISMXT解析模型，该方法最突出的优势就是考虑了随距离变化的模式耦合系数，这进一步保证了计算的准确性，且剔除了偏振模耦合带来的冗余，更加贴合实际光纤铺设情况，并且应用范围更广。

Description

一种多芯少模光纤模间串扰检测方法及装置
技术领域
本发明涉及光纤技术领域，尤其是指一种多芯少模光纤模间串扰检测方法、装置及计算机存储介质。
背景技术
随着互联网数据流量的持续指数型增长，基于单模光纤(Single-Mode Fiber,SMF)传输的信息主干网正在迅速接近其容量极限。过去，SMF传输***的容量增加是通过利用各种维度，包括偏振和波分复用，以及先进的调制格式和相干传输技术来实现的。然而，即将到来的容量紧缩意味着我们需要新的传输技术以支持社会容量需求。为了缓解使用额外SMF带来的与线性容量扩展相关的相应成本和增加的能源需求，单光纤内的空分复用(Space Division Multiplexing,SDM)可以提供一种解决方案。通过引入额外的正交复用维度，可以降低容量、频谱和能量效率，从而降低每比特的成本，这对于维持主要网络利益相关者的商业模式至关重要。为了实现可持续发展管理的承诺，设想了一种新的范式，这使得SMF的容量增加了两个数量级。SDM通过多输入多输出(Multiple-input Multiple-output,MIMO)传输实现，使用多模光纤(Multi-mode Fiber,MMF)的空间模式或多个单模纤芯作为信道。近些年，有研究开发了一种独特的MMF，即少模光纤(Few-mode Fiber,FMF)，用于共传输三个或六个线性极化(LP)模式。在高速电子技术快速增强的驱动下，数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)MIMO技术可以快速地恢复混合传输信道，从而在空间信道占用相同波长时提高频谱效率。最先进的单载波FMF传输实验表明，通过利用六种空间模式，单光纤中的容量增加达到32bit/(s·Hz)的频谱效率。如果使用多芯传输，有研究使用12个单模纤芯实现了频谱效率为109bit/(s·Hz)的传输。在另一项工作中，有研究结合了多芯和少模的特性，使用7芯3模少模多芯光纤(Few-mode Multicore Fiber,FM-MCF)，并在1km的传输中实现了255Tbit/s的最高速率。
因此，FM-MCF成为了近年来研究的热点话题。同时，尽管FM-MCF可以带来超高的传输容量，但其依旧存在两个会影响传输性能的重要问题。其一是由于不同模式在纤芯中传输的路径不同，这会导致在接收端接收到的每路信号存在时间差，最终产生误码，这被称为模式色散。其二是由于不同路径之间会发生模式之间的耦合，从而降低传输性能。目前有大量研究表明模式色散可以通过DSP技术或是引入色散补偿光纤进行缓解，而对于模式耦合的评估还并不完善。因此，准确地评估模式耦合有助于多芯少模光纤的制备。
在Monte Carlo模型中，作者采用了带有偏振模耦合影响的模式电场，这进一步使得计算复杂度提升。并且在对于耦合系数的处理上，看作是一个与传输距离无关的常数，这与实际传输情况并不符合。此外，在ISMXT模型所提出的理论中，证明了偏振模耦合带来的对于超模间的串扰可以忽略不计，因此在计算超模间的串扰时，Monte Carlo模型中的理论可以得到进一步的简化。在ISMXT解析模型中，作者只考虑了纵向扰动带来的影响，消除了一部分冗余项，直接从模式功率出发计算模间串扰，从最终的结果来看，Monte Carlo模型中的偏振模耦合带来的影响确实可以忽略不计。但是ISMXT解析模型中把最重要的模式耦合系数做了近似，由一般经验值计算得到的模间串扰显然是不够严谨的。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中模式耦合系数的处理与实际情况不符的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种多芯少模光纤模间串扰检测方法，包括：
获取光纤参数和注入功率；
根据所述光纤参数计算纤芯范围内的电场强度和包层范围内的电场强度；
根据所述纤芯范围内的电场强度、所述包层范围内的电场强度以及所述注入功率计算模式间耦合模系数；
将基于耦合模理论的芯间串扰计算方程中的纤芯间耦合模系数替换为所述模式间耦合模系数，计算得到光纤模间串扰值。
优选地，所述光纤参数包括：
纤芯折射率、包层折射率、纤芯半径、纤芯传播常数、芯间距和光波长。
优选地，所述根据所述光纤参数计算纤芯范围内的电场强度和包层范围内的电场强度包括：
利用亥姆霍兹方程计算纤芯范围内和包层范围内的纵向电场的幅值：
其中，Ez1和Ez2分别表示纤芯范围内的纵向电场的幅值和包层范围内的纵向电场的幅值，A＝jUC/βa，j是虚数单位，C是一个***常数，n1是纤芯折射率，β是纤芯传播常数，a是纤芯半径，k＝2π/λ是波数，λ表示光波长，Jf(x)表示f阶的第一类贝塞尔函数，Kf(x)表示f阶的第二类修正贝塞尔函数，/>n2是包层折射率，r表示柱坐标系中的半径方向，θ表示柱坐标系中的圆周方向；
将所述纤芯范围内和包层范围内的纵向电场的幅值代入麦克斯韦方程，得到纤芯范围内和包层范围内的横向电场的幅值：
其中，Er1和Er2分别表示纤芯范围内的横向电场的幅值和包层范围内的横向电场的幅值，J′f(x)表示Jf(x)的一阶导数；
根据纤芯范围内的纵向电场的幅值和纤芯范围内的横向电场的幅值，计算纤芯范围内的电场强度：
根据包层范围内的纵向电场的幅值和包层范围内的横向电场的幅值，计算包层范围内的电场强度：
其中，Em和En分别表示在纤芯范围内和包层范围内的电场强度，电场圆周方向幅值er表示r方向上的单位向量，/>表示/>方向上的单位向量，ez表示z方向上的单位向量。
优选地，所述根据所述纤芯范围内的电场强度、所述包层范围内的电场强度以及所述注入功率计算模式间耦合模系数前包括：
将所述包层范围内的电场强度中，单芯横向极坐标系(r,θ)扩展为双芯的横向极坐标系(R,Θ)，D表示芯间距。
优选地，所述根据所述纤芯范围内的电场强度、所述包层范围内的电场强度以及注入功率计算模式间耦合模系数：
计算纤芯范围内的电场强度、包层范围内的电场强度和纤芯折射率和包层折射率之差点积后的二重积分与角频率以及真空介电常数的乘积，再除以4倍的注入功率，得到模式间耦合模系数：
其中，ω是角频率，ε0是真空介电常数，Em和Hm分别代表在纤芯范围内的电场强度和磁场强度，而En代表在包层范围内的电场强度，ez表示z方向上的单位向量，n1和n2分别表示纤芯的折射率和包层的折射率，符号*表示对矩阵进行共轭操作，P表示注入的功率，
优选地，所述基于耦合模理论的芯间串扰计算方程为：
其中，N为将光纤分段后的段数，d是将光纤分段后的段长，Δβeq,mn,i是第i段的等效相位失配，为第i段修正后的纤芯间耦合模系数，ki(d)为纤芯间的耦合模系数。
优选地，所述将纤芯间耦合模系数ki(d)替换为所述模式间耦合模系数kmn,i，计算得到光纤模间串扰值：
其中，gmn,i为第i段修正后的模式间耦合模系数。
本发明还提供了一种多芯少模光纤模间串扰检测装置，包括：
光纤参数和注入功率获取模块，用于获取光纤参数和注入功率；
电场强度计算模块，用于根据所述光纤参数计算纤芯范围内的电场强度和包层范围内的电场强度；
模式间耦合模系数计算模块，用于根据所述纤芯范围内的电场强度、所述包层范围内的电场强度以及所述注入功率计算模式间耦合模系数；
光纤模间串扰值计算模块，用于将基于耦合模理论的芯间串扰计算方程中的纤芯间耦合模系数替换为所述模式间耦合模系数，计算得到光纤模间串扰值。
优选地，所述多芯少模光纤模间串扰检测装置应用于异质或同质光纤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种多芯少模光纤模间串扰检测方法的步骤。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的多芯少模光纤模间串扰检测方法，首先根据光纤参数计算每个模式的电场分布，然后根据电场分布和注入功率计算模式间耦合系数，最后基于耦合模理论，重新推导了超模之间串扰量的计算方式，相比于Monte Carlo模型和ISMXT解析模型，该方法最突出的优势就是考虑了随距离变化的模式耦合系数，这进一步保证了计算的准确性，且剔除了偏振模耦合带来的冗余，更加贴合实际光纤铺设情况，并且应用范围更广。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明多芯少模光纤模间串扰检测方法的实现流程图；
图2是模间串扰的纵向变化示意图；
图3是双芯极坐标系示意图；
图4是基于耦合模理论的串扰估计模型原理图；
图5是串扰对比流程图；
图6是LP01、LP11a和LP11b三种模式的横向电场分布；
图7是双芯光纤的横向结构示意图；
图8是非线性串扰随功率变化示意图；
图9是模式耦合系数随芯间距变化示意图；
图10是模间耦合系数随芯径比变化示意图；
图11是模间耦合系数随折射率差变化示意图；
图12为本发明实施例提供的一种多芯少模光纤模间串扰检测装置的结构框图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种多芯少模光纤模间串扰检测方法、装置及计算机存储介质，考虑了随距离变化的模式耦合系数，更加贴合实际光纤铺设情况。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明所提供的多芯少模光纤模间串扰检测方法的实现流程图；具体操作步骤如下：
阶跃型多芯少模光纤的原理是改变光入射纤芯的角度，从而使每个模式在单个纤芯中按照不同的折线轨迹进行传输，其具体的原理图如图2所示；
由于模式之间的串扰发生会非常频繁，我们可以采用分段思想，假设在长度较小的一段里，串扰只会发生一次，并且在每一小段中模式耦合系数可以看作是一个常数。
S101:获取光纤参数和注入功率；
所述光纤参数包括纤芯折射率、包层折射率、纤芯半径、纤芯传播常数、芯间距和光波长。
S102:根据所述光纤参数计算纤芯范围内的电场强度和包层范围内的电场强度；
利用亥姆霍兹方程计算纤芯范围内和包层范围内的纵向电场的幅值：
其中，Ez1和Ez2分别表示纤芯范围内的纵向电场的幅值和包层范围内的纵向电场的幅值，A＝jUC/βa，j是虚数单位，C是一个***常数，n1是纤芯折射率，β是纤芯传播常数，a是纤芯半径，k＝2π/λ是波数，λ表示光波长，Jf(x)表示f阶的第一类贝塞尔函数，Kf(x)表示f阶的第二类修正贝塞尔函数，/>n2是包层折射率，r表示柱坐标系中的半径方向，θ表示柱坐标系中的圆周方向；
将所述纤芯范围内和包层范围内的纵向电场的幅值代入麦克斯韦方程，得到纤芯范围内和包层范围内的横向电场的幅值：
其中，Er1和Er2分别表示纤芯范围内的横向电场的幅值和包层范围内的横向电场的幅值，J′f(x)表示Jf(x)的一阶导数；
由于光纤是一个圆柱体结构，可以将模式电场产开成圆柱极坐标形式，这样电场向量就可以表示成三个维度的叠加：
根据纤芯范围内的纵向电场的幅值和纤芯范围内的横向电场的幅值，计算纤芯范围内的电场强度：
根据包层范围内的纵向电场的幅值和包层范围内的横向电场的幅值，计算包层范围内的电场强度：
其中，Em和En分别表示在纤芯范围内和包层范围内的电场强度，电场圆周方向幅值er表示r方向上的单位向量，/>表示/>方向上的单位向量，ez表示z方向上的单位向量。
S103:根据所述纤芯范围内的电场强度、所述包层范围内的电场强度以及所述注入功率计算模式间耦合模系数；
模式耦合系数与每个模式的电场分布密切相关；
如图3，为考虑两根纤芯之间的模式耦合，将所述包层范围内的电场强度中，单芯横向极坐标系(r,θ)扩展为双芯的横向极坐标系(R,Θ)，D表示芯间距；
计算纤芯范围内的电场强度、包层范围内的电场强度和纤芯折射率和包层折射率之差点积后的二重积分与角频率以及真空介电常数的乘积，再除以4倍的注入功率，得到模式间耦合模系数：
其中，ω是角频率，ε0是真空介电常数，Em和Hm分别代表在纤芯范围内的电场强度和磁场强度，而En代表在包层范围内的电场强度，ez表示z方向上的单位向量，n1和n2分别表示纤芯的折射率和包层的折射率，符号*表示对矩阵进行共轭操作，P表示注入的功率，
用数值求解的方式得到最终的结果。
S104:将基于耦合模理论的芯间串扰计算方程中的纤芯间耦合模系数替换为所述模式间耦合模系数，计算得到光纤模间串扰值。
本发明所述的多芯少模光纤模间串扰检测方法，首先根据光纤参数计算每个模式的电场分布，然后根据电场分布和注入功率计算模式间耦合系数，最后基于耦合模理论，重新推导了超模之间串扰量的计算方式，相比于Monte Carlo模型和ISMXT解析模型，该方法最突出的优势就是考虑了随距离变化的模式耦合系数，这进一步保证了计算的准确性，且剔除了偏振模耦合带来的冗余，更加贴合实际光纤铺设情况，并且应用范围更广。在此基础上，我们可以研究不同通信***中的串扰特性，根据串扰在不同工作区间的传输特性、光纤本身的物理几何特性和串扰与光纤参数的关系，进而研究降低不同传输模式之间串扰的理论方法。
基于以上实施例，本实施例对步骤S104进行进一步说明：
本发明是基于耦合模理论来计算模间串扰，首先需要介绍耦合模理论的原理以及重要的求解方法：
耦合模方程为：
其中，An，Am分别为芯n和芯m缓慢变化的电场复振幅，N为纤芯数，Kmn是芯n到芯m耦合系数。βm和βn分别为m和n芯的传播常数，j是虚数单位，z表示纵向传播方向。为了基于耦合模理论求解线性串扰，提出了一种通用半解析数学模型，其根据相位匹配点(PhaseMachining Point,PMP)的分布来精确求解线性耦合模方程，其原理如图4所示，其中d是将光纤分段后的段长，P0表示注入功率，Pn和Pm分别表示n芯和m芯的输出功率。基于以上的分段模型，我们可以将式(1)看作两个分量形式：
其中Δβeq,mn,i是第i段的等效相位失配，可表示为Δβeq,mn,i＝βeq,m,i-βeq,n,i；Kmn,i(z)为纤芯m和纤芯n之间的第i段耦合模系数，当分段段长足够小的时候，Kmn,i(z)在第i段可以看作是常数Kmn,i。当光功率在纤芯n中进行传输时，通过求解式(2)可以得到纤芯m和n在每一段末尾处的电场解析解为：
其中T是解的系数矩阵，可以表示为：
式中为第i段修正后的耦合模系数，并且假设纤芯间的耦合模系数ki(d)＝Kmn,i(d)＝Knm,i(d)。如此，每一段电场幅值都可以通过前一段的值得到，同时也可以得到每段串扰的变化，将其叠加就可以计算出总串扰值：
我们只需要将其中的ki(d)替换为模式之间的耦合系数kmn,i，就可以将式(5)更改为模式之间的串扰值公式:
其中，gmn,i为第i段修正后的模式间耦合模系数。
本发明可以为多芯少模光纤通信***提供一个快速、准确的串扰估计计算方法，其应用范围更加广泛。该方法不仅适用于异质光纤情况，同样适用于真实的同质光纤和理想的完全同质光纤。该方法基于能体现光纤传输物理特性的耦合模理论，并且针对纤芯中存在的随机扰动重新推导了模间耦合系数，因此相较于以往模型能更准确地反应模间串扰的变化过程。基于该模型，我们可以对少模多芯光纤中的模间串扰有更前瞻性的认识。
如图5，基于以上实施例，本实施例通过仿真验证上述方法的准确性，具体如下：
LP01、LP11a和LP11b三种模式的横向电场分布如图6所示，其中LP01是传输基模，LP11a和LP11b是两个相互正交的偏振模。图7展示两根纤芯的横向排布；
考虑一个纤芯半径a＝2.5μm，包层折射率n2＝1.45，纤芯折射率约为n1＝1.4545，芯间距为Dnm＝30μm，光脉冲波长为1550nm的双芯三模光纤，首先对比传输距离为z＝10m情况下三种串扰计算方法的区别，比较结果如图8所示，图8给出了ISMXT随着传输距离增加的变化情况。从整体的变化趋势看，本发明与Monte Carlo模型和ISMXT解析模型基本保持一致，随着传输距离逐渐变长，本发明逐渐与另外两者保持3dB左右的差距，这主要是因为随机扰动因素带来的影响开始体现，而另外两种方法参与计算的模式耦合系数是一个近似的经验值，并不能准确估计随机扰动带来的影响。本发明的模间串扰结果存在波动性上升的情况，这是因为各个模式之间的相位匹配点会随着距离进行随机分布，存在波动的那个点就表示出现了相位匹配点。
图9展示了随芯间距变化的过程，纤芯的半径a＝2.5μm。当芯间距逐渐变大时，模间耦合系数逐渐减小，这说明适当增加芯间距是有效降低模间串扰的方法之一。此外，图9分别考虑了本征有效折射率差为0.21％、0.31％和0.41％三种情况，可以发现随着折射率差的变大，模间耦合系数也会逐渐减小，并且在芯间距较小的情况下，减小地更明显。
我们还根据推导出的模型做了其他物理特性的仿真。图10和图11分别显示了与芯径比(芯间距与纤芯半径的比值)和本征有效折射率差的变化。如图10所示，从整体上看芯径比的增大会使得模间耦合系数变小，但是在折射率差较大的情况下，这种影响并不明显，相反在折射率差较小的情况下影响较为明显，这说明起更主要作用的还是折射率差。图11我们将横坐标设置为了折射率差，最终发现，无论芯径比的取值是大是小，折射率差的增大会使得模式耦合系数显著减小。基于以上结论，我们发现芯间距、芯径比和有效折射率差等物理参数会对模式耦合系数产生影响，从而影响模间串扰的变化。基于以上结论，我们可以通过制作具有合适的物理特性的多芯少模光纤来进一步减小模间串扰。
请参考图12，图12为本发明实施例提供的一种多芯少模光纤模间串扰检测装置的结构框图；具体装置可以包括：
光纤参数和注入功率获取模块100，用于获取光纤参数和注入功率；
电场强度计算模块200，用于根据所述光纤参数计算纤芯范围内的电场强度和包层范围内的电场强度；
模式间耦合模系数计算模块300，用于根据所述纤芯范围内的电场强度、所述包层范围内的电场强度以及所述注入功率计算模式间耦合模系数；
光纤模间串扰值计算模块400，用于将基于耦合模理论的芯间串扰计算方程中的纤芯间耦合模系数替换为所述模式间耦合模系数，计算得到光纤模间串扰值。
本实施例的多芯少模光纤模间串扰检测装置用于实现前述的多芯少模光纤模间串扰检测方法，因此多芯少模光纤模间串扰检测装置中的具体实施方式可见前文多芯少模光纤模间串扰检测方法的实施例部分，例如，光纤参数和注入功率获取模块100，电场强度计算模块200，模式间耦合模系数计算模块300，光纤模间串扰值计算模块400，分别用于实现上述多芯少模光纤模间串扰检测方法中步骤S101，S102，S103，S104，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。
本发明具体实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种多芯少模光纤模间串扰检测方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种多芯少模光纤模间串扰检测方法，其特征在于，包括：
获取光纤参数和注入功率；
根据所述光纤参数计算纤芯范围内的电场强度和包层范围内的电场强度：
利用亥姆霍兹方程计算纤芯范围内和包层范围内的纵向电场的幅值：
其中，Ez1和Ez2分别表示纤芯范围内的纵向电场的幅值和包层范围内的纵向电场的幅值，A＝jUC/βa，j是虚数单位，C是一个***常数，n1是纤芯折射率，β是纤芯传播常数，a是纤芯半径，k＝2π/λ是波数，λ表示光波长，Jf(x)表示f阶的第一类贝塞尔函数，Kf(x)表示f阶的第二类修正贝塞尔函数，/>n2是包层折射率，r表示柱坐标系中的半径方向，θ表示柱坐标系中的圆周方向；
将所述纤芯范围内和包层范围内的纵向电场的幅值代入麦克斯韦方程，得到纤芯范围内和包层范围内的横向电场的幅值：
其中，Er1和Er2分别表示纤芯范围内的横向电场的幅值和包层范围内的横向电场的幅值，J'f(x)表示Jf(x)的一阶导数；
根据纤芯范围内的纵向电场的幅值和纤芯范围内的横向电场的幅值，计算纤芯范围内的电场强度：
根据包层范围内的纵向电场的幅值和包层范围内的横向电场的幅值，计算包层范围内的电场强度：
其中，Em和En分别表示在纤芯范围内和包层范围内的电场强度，电场圆周方向幅值er表示r方向上的单位向量，/>表示/>方向上的单位向量，ez表示z方向上的单位向量；
将所述包层范围内的电场强度中，单芯横向极坐标系(r,θ)扩展为双芯的横向极坐标系(R,Θ)，D表示芯间距；
根据所述纤芯范围内的电场强度、所述包层范围内的电场强度以及所述注入功率计算模式间耦合模系数：
计算纤芯范围内的电场强度、包层范围内的电场强度和纤芯折射率和包层折射率之差点积后的二重积分与角频率以及真空介电常数的乘积，再除以4倍的注入功率，得到模式间耦合模系数：
其中，ω是角频率，ε0是真空介电常数，Em和Hm分别代表在纤芯范围内的电场强度和磁场强度，而En代表在包层范围内的电场强度，ez表示z方向上的单位向量，n1和n2分别表示纤芯的折射率和包层的折射率，符号*表示对矩阵进行共轭操作，P表示注入的功率，
将基于耦合模理论的芯间串扰计算方程中的纤芯间耦合模系数替换为所述模式间耦合模系数，计算得到光纤模间串扰值：
所述基于耦合模理论的芯间串扰计算方程为：
其中，N为将光纤分段后的段数，d是将光纤分段后的段长，Δβeq,mn,i是第i段的等效相位失配，为第i段修正后的纤芯间耦合模系数，ki(d)为纤芯间的耦合模系数；
将纤芯间耦合模系数ki(d)替换为所述模式间耦合模系数kmn,i，计算得到光纤模间串扰值：
其中，gmn,i为第i段修正后的模式间耦合模系数。
2.根据权利要求1所述的多芯少模光纤模间串扰检测方法，其特征在于，所述光纤参数包括：
纤芯折射率、包层折射率、纤芯半径、纤芯传播常数、芯间距和光波长。
3.一种多芯少模光纤模间串扰检测装置，其特征在于，包括：
光纤参数和注入功率获取模块，用于获取光纤参数和注入功率；
电场强度计算模块，用于根据所述光纤参数计算纤芯范围内的电场强度和包层范围内的电场强度：
利用亥姆霍兹方程计算纤芯范围内和包层范围内的纵向电场的幅值：
其中，Ez1和Ez2分别表示纤芯范围内的纵向电场的幅值和包层范围内的纵向电场的幅值，A＝jUC/βa，j是虚数单位，C是一个***常数，n1是纤芯折射率，β是纤芯传播常数，a是纤芯半径，k＝2π/λ是波数，λ表示光波长，Jf(x)表示f阶的第一类贝塞尔函数，Kf(x)表示f阶的第二类修正贝塞尔函数，/>n2是包层折射率，r表示柱坐标系中的半径方向，θ表示柱坐标系中的圆周方向；
将所述纤芯范围内和包层范围内的纵向电场的幅值代入麦克斯韦方程，得到纤芯范围内和包层范围内的横向电场的幅值：
其中，Er1和Er2分别表示纤芯范围内的横向电场的幅值和包层范围内的横向电场的幅值，J'f(x)表示Jf(x)的一阶导数；
根据纤芯范围内的纵向电场的幅值和纤芯范围内的横向电场的幅值，计算纤芯范围内的电场强度：
根据包层范围内的纵向电场的幅值和包层范围内的横向电场的幅值，计算包层范围内的电场强度：
其中，Em和En分别表示在纤芯范围内和包层范围内的电场强度，电场圆周方向幅值er表示r方向上的单位向量，/>表示/>方向上的单位向量，ez表示z方向上的单位向量；
模式间耦合模系数计算模块，用于将所述包层范围内的电场强度中，单芯横向极坐标系(r,θ)扩展为双芯的横向极坐标系(R,Θ)，D表示芯间距；根据所述纤芯范围内的电场强度、所述包层范围内的电场强度以及所述注入功率计算模式间耦合模系数：
计算纤芯范围内的电场强度、包层范围内的电场强度和纤芯折射率和包层折射率之差点积后的二重积分与角频率以及真空介电常数的乘积，再除以4倍的注入功率，得到模式间耦合模系数：
其中，ω是角频率，ε0是真空介电常数，Em和Hm分别代表在纤芯范围内的电场强度和磁场强度，而En代表在包层范围内的电场强度，ez表示z方向上的单位向量，n1和n2分别表示纤芯的折射率和包层的折射率，符号*表示对矩阵进行共轭操作，P表示注入的功率，
光纤模间串扰值计算模块，用于将基于耦合模理论的芯间串扰计算方程中的纤芯间耦合模系数替换为所述模式间耦合模系数，计算得到光纤模间串扰值：
所述基于耦合模理论的芯间串扰计算方程为：
其中，N为将光纤分段后的段数，d是将光纤分段后的段长，Δβeq,mn,i是第i段的等效相位失配，为第i段修正后的纤芯间耦合模系数，ki(d)为纤芯间的耦合模系数；
将纤芯间耦合模系数ki(d)替换为所述模式间耦合模系数kmn,i，计算得到光纤模间串扰值：
其中，gmn,i为第i段修正后的模式间耦合模系数。
4.根据权利要求3所述的一种多芯少模光纤模间串扰检测装置，其特征在于，应用于异质或同质光纤。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至2任一项所述一种多芯少模光纤模间串扰检测方法的步骤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011071750A1 (en) * 2009-12-02 2011-06-16 Ofs Fitel Llc. A Delaware Limited Liability Company Techniques for manipulating crosstalk in multicore fibers
US9195000B2 (en) * 2009-12-02 2015-11-24 Ofs Fitel, Llc. Techniques for reducing crosstalk in multicore fibers
US8842268B2 (en) * 2011-02-25 2014-09-23 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Measuring method for crosstalk between cores in multi-core optical fiber
JP5517228B1 (ja) * 2013-04-16 2014-06-11 日本電信電話株式会社 多コア光ファイバのクロストーク特性の評価方法及びそのシステム
US10302463B2 (en) * 2015-11-19 2019-05-28 Corning Incorporated Distributed fiber sensors and systems employing multicore optical fibers
JP6334582B2 (ja) * 2016-01-29 2018-05-30 株式会社フジクラ マルチコアファイバ
JP6654104B2 (ja) * 2016-02-26 2020-02-26 株式会社フジクラ マルチコアファイバのクロストーク測定方法及び測定装置
JP6715372B1 (ja) * 2019-04-25 2020-07-01 日本電信電話株式会社 マルチコア光ファイバ及び設計方法
CN110445534B (zh) * 2019-08-13 2022-07-08 中天宽带技术有限公司 一种多芯光纤串扰值确定的方法、***及设备
CN110927863B (zh) * 2019-12-10 2020-08-25 东北大学 一种用于空分-模分复用领域的多芯少模微结构光纤
CN112198587B (zh) * 2020-09-28 2021-12-31 北京邮电大学 一种多芯少模光纤及其参数的确定方法
CN112733073A (zh) * 2020-12-30 2021-04-30 中天通信技术有限公司 一种基于耦合功率理论的多芯光纤串扰检测方法
CN112803996B (zh) * 2020-12-30 2022-03-01 中天通信技术有限公司 一种高非线性光纤耦合串扰的检测方法
CN112859329A (zh) * 2021-01-25 2021-05-28 苏州大学 基于分段思想的弱耦合多芯光纤串扰计算方法

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