本文選題：軌道角動(dòng)量　切入點(diǎn)：光學(xué)渦旋　出處：《北京交通大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：光纖通信容量的需求日益增長(zhǎng),而標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的傳輸容量受到了香農(nóng)極限的限制,空分復(fù)用成為了一種有效提高光纖通信容量的方式。渦旋光束具有相位或偏振奇點(diǎn),其波前相位是螺旋形狀分布。作為具有相位奇點(diǎn)的一種渦旋光束,具有軌道角動(dòng)量(OAM,Orbital angular momentum)的模式在理論上有無(wú)限多的正交基,利用其正交性作為復(fù)用機(jī)制,可以有效地提升光纖的傳輸容量。在光纖中穩(wěn)定傳輸OAM模式需要解決光纖中模式簡(jiǎn)并的問(wèn)題,即把同一標(biāo)量LP模式組內(nèi)的矢量模式進(jìn)行簡(jiǎn)并分離,獲得可以在光纖中長(zhǎng)距離穩(wěn)定傳輸?shù)臏u旋模式。本文針對(duì)光纖中矢量模式簡(jiǎn)并分離的問(wèn)題,基于對(duì)階躍型光纖結(jié)構(gòu)、空氣芯光纖結(jié)構(gòu)和倒拋物線折射率分布結(jié)構(gòu)這三種光纖模式特性的對(duì)比分析,提出了倒拋物線環(huán)形芯結(jié)構(gòu)光纖,并對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。首先,綜合分析了倒拋物線型結(jié)構(gòu)的纖芯層參數(shù)對(duì)模式特性的影響,在一定范圍內(nèi)對(duì)于LP11模式組與LP21模式組來(lái)說(shuō),矢量模式的有效折射率會(huì)隨著纖芯半徑的減小而依次截止,模式間的有效折射率差會(huì)在纖芯半徑趨于截止的臨界值附近達(dá)到最大值。模式間的有效折射率差與纖芯的倒拋物線特征參數(shù)存在復(fù)雜的依賴關(guān)系。之后,在倒拋物線型纖芯結(jié)構(gòu)的外側(cè)增加了高折射率層和低折射率層,并分析了各個(gè)參數(shù)對(duì)模式特性的影響。得到的最優(yōu)參數(shù)使得該光纖結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)較大的有效折射率差,同時(shí)可以保證較大的有效模場(chǎng)面積。在波長(zhǎng)為1550nm處,LP11模式組的有效折射率差最高可達(dá)到7.2×10-4,LP21模式組的有效折射率差可達(dá)到3.1×10-4,有效地實(shí)現(xiàn)了矢量模式的簡(jiǎn)并分離。最后,利用得到的倒拋物線環(huán)形芯光纖結(jié)構(gòu)仿真生成了OAM光束,計(jì)算表明其純度可達(dá)到0.982。本文的結(jié)論對(duì)渦旋光纖的設(shè)計(jì)及制造具有重要的指導(dǎo)意義。
[Abstract]:The demand for optical fiber communication capacity is increasing day by day, and the transmission capacity of standard single-mode fiber is limited by Shannon's limit. Space division multiplexing has become an effective way to increase the optical fiber communication capacity. The vortex beam has phase or polarization singularity. As a vortex beam with phase singularity, the mode with orbital angular momentum (OAM) has infinite orthogonal bases in theory, and its orthogonality is used as a multiplexing mechanism. The stable transmission of OAM mode in optical fiber needs to solve the problem of mode degeneracy, that is, to degenerate the vector mode in the same scalar LP mode group, and to separate the vector mode in the same scalar LP mode group. In this paper, the vector mode in fiber is degenerate and separated, and the structure of step fiber is used to solve the problem that the vector mode can be propagated over a long distance and stably in optical fiber. Comparing and analyzing the structure of air core fiber and the structure of inverted parabola refractive index distribution, the inverted parabola annular core structure fiber is proposed and systematically analyzed. The influence of the core layer parameters of inverted parabola structure on the mode characteristics is analyzed synthetically. For the LP11 mode group and the LP21 mode group, the effective refractive index of the vector mode will end with the decrease of the core radius within a certain range. The effective refractive index difference between modes will reach the maximum near the critical value when the core radius tends to close. There is a complex dependence between the effective refractive index difference between the modes and the characteristic parameters of the inverted parabola of the core. A high refractive index layer and a low refractive index layer are added to the outer side of the inverted parabola core structure, and the influence of each parameter on the mode characteristics is analyzed. The optimum parameters obtained make the fiber structure achieve a large effective refractive index difference. At the same time, the large effective mode field area can be guaranteed. The maximum effective refractive index difference of LP11 mode group at wavelength of 1550nm is 7.2 脳 10 ~ (-4) 渭 m LP21 mode group, and the effective refractive index difference of LP21 mode group can reach 3.1 脳 10 ~ (-4), which effectively realizes the degenerate separation of vector mode. The OAM beam is generated by the structure simulation of the inverted parabola ring core fiber. The calculation shows that the purity of the optical fiber can reach 0.982.The conclusion in this paper is of great significance for the design and manufacture of the vortex fiber.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN929.11;TN253

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本文編號(hào)：1658416