近日，上海理工大學(xué)光電學(xué)院詹其文教授科研團隊在美國光學(xué)學(xué)會旗艦期刊《光學(xué)》（Optica）上發(fā)表題為“多模光纖中光譜-空間關(guān)聯(lián)主模式的產(chǎn)生與應(yīng)用”（Generation and applications of spectral-spatially correlated principal mode in multimode fibers）的研究成果。博士生高涵為第一作者，詹其文教授和胡海峰教授為通訊作者，上海理工大學(xué)為第一單位。

多模光纖是一種復(fù)雜而通用的系統(tǒng)，在光通信、成像、傳感和高功率激光器等多個領(lǐng)域內(nèi)都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其支持多個橫向模式的能力既是一個關(guān)鍵特征，也是一個重大的挑戰(zhàn)。由于模態(tài)色散以及不可避免的模式耦合，光信號在通過多模光纖傳播后會產(chǎn)生嚴重的時空畸變。為了補償這些畸變，研究團隊提出一種新穎的光譜-空間相關(guān)型主模式(Spectral-Spatially correlated principal modes，即S2主模式)，可同時在光譜和空間維度上定制多模光纖的輸出光場。S2主模式不僅可以顯著提高輸出光場的光譜相關(guān)性，還能將輸出光場限制在指定區(qū)域內(nèi)。

利用S2主模式可以對多模光纖輸出場進行多維定制，實現(xiàn)對光纖中傳輸?shù)男畔⑦M行物理層加密。在基于S2主模式的光纖加密通信系統(tǒng)中，通信方僅能從指定區(qū)域內(nèi)獲取有用的信息，有效防止光信息通過多模光纖傳輸之后發(fā)生全局擴散。在實際應(yīng)用中，可以將S2主模式與現(xiàn)有的數(shù)字加密技術(shù)相結(jié)合，以進一步提高加密系統(tǒng)的可靠性。此外，該研究提出的調(diào)控手段未來可以擴展到其他多模波導(dǎo)或線性傳播系統(tǒng)中，為在復(fù)雜介質(zhì)中探索更多新穎的光學(xué)模態(tài)提供新思路。該研究得到了國家自然科學(xué)基金(92050202, 62075132)、上海市自然科學(xué)基金項目(22ZR1443100)的支持。

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多模光纖主模式傳輸概念圖

文章鏈接：https://doi.org/10.1364/OPTICA.510202