發(fā)布時間：2020-03-20 02:36

【摘要】：模分復(fù)用系統(tǒng)可解決單模光纖傳輸容量極限與日益增長的網(wǎng)絡(luò)容量需求之間的矛盾,受到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。少模光纖模分復(fù)用系統(tǒng)主要是利用其中有限的模式作為獨立傳輸信道傳輸信號,從而成倍提高信道的傳輸容量。模式轉(zhuǎn)換器是模分復(fù)用系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件,主要實現(xiàn)纖芯基模與高階纖芯模的相互轉(zhuǎn)換。光纖重疊光柵是一種新型的無源光學(xué)器件,長周期疊柵能實現(xiàn)光斑整形、模式轉(zhuǎn)換,有利于模式轉(zhuǎn)換器的小型化。因此對基于少模光纖長周期疊柵的模式轉(zhuǎn)換器的研究具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。本文在總結(jié)國內(nèi)外模式轉(zhuǎn)換器研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,提出一種全光纖、寬帶寬的基于少模光纖長周期疊柵的模式轉(zhuǎn)換器,對其展開理論與實驗的研究。論文的主要內(nèi)容有:首先,從麥克斯韋方程出發(fā),研究階躍型少模光纖的傳輸模式及傳輸模式的本征方程;基于耦合模理論,推導(dǎo)出少模長周期光纖疊柵的兩種耦合模方程;建立基于少模長周期光纖疊柵的寬帶寬的模式轉(zhuǎn)換器數(shù)學(xué)模型,為模式轉(zhuǎn)換器的數(shù)值分析及實驗研究提供了主要依據(jù)。其次,基于有限元法分析兩模光纖中的傳輸模式,得出LP_(01)模和LP_(11)模的色散曲線;基于重疊光柵的模式轉(zhuǎn)換器的數(shù)學(xué)模型,對兩模光纖中LP_(01)模向LP_(11)模轉(zhuǎn)換的模式轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)值分析,研究疊柵中光柵的周期間隔、光柵的長度、耦合系數(shù)對模式轉(zhuǎn)換器性能的影響;對單柵、重疊光柵實現(xiàn)的模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,分析相應(yīng)的模式轉(zhuǎn)換器的主要性能。然后,基于有限元法分析四模光纖中的傳輸模式,得出LP_(01)、LP_(11)、LP_(21)和LP_(02)模的色散曲線;基于重疊光柵的模式轉(zhuǎn)換器的數(shù)學(xué)模型,對四模光纖中LP_(01)模向其它高階纖芯模LP_(11)、LP_(21)和LP_(02)轉(zhuǎn)換的模式轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)值分析,研究疊柵中光柵的周期間隔、光柵的長度、耦合系數(shù)對模式轉(zhuǎn)換器性能的影響;對單柵、重疊光柵實現(xiàn)的模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,分析相應(yīng)的模式轉(zhuǎn)換器的性能。最后,采用CO_2激光器刻制單柵、疊柵實現(xiàn)全光纖模式轉(zhuǎn)換器。實驗研究光柵參數(shù)對模式轉(zhuǎn)換器性能的影響;分析對比單柵、疊柵實現(xiàn)的模式轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器效率及帶寬;研究模式轉(zhuǎn)換器溫度特性響應(yīng)。本文對基于長周期重疊光柵的模式轉(zhuǎn)換器進(jìn)行深入的理論和實驗研究,對實現(xiàn)小型化、寬帶化的模式轉(zhuǎn)換器具有一定的參考價值。
【圖文】：

第 1 章 緒 論第 1 章 緒 論題的目的與意義世紀(jì) 70 年代，“光纖之父”——英籍華裔學(xué)者高錕首次提出了光纖，隨后制造了低損耗光纖，從此開啟了現(xiàn)代通信的新時代——光歷經(jīng)幾代的技術(shù)革新，因其帶寬寬、傳輸容量大、傳輸速率高、點已逐漸取代電通信成為通信網(wǎng)絡(luò)的骨干力量。如今，隨著全媒如“互聯(lián)網(wǎng)+”、“云網(wǎng)絡(luò)”、“4k 高清視頻”的新型業(yè)務(wù)開始興起和 5G 時代的到來，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)猶如暴漲的洪水一樣猛量增長，網(wǎng)絡(luò)容 10 倍的速度增長，，如圖 1-1 所示[1]，從而對光纖網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力提尋求新型高速大容量的光傳輸機(jī)理已成為未來光通信所面臨的重大

提升的空間有限，抑制了現(xiàn)代通信速率的提高。作為一種解決單模光纖(Single ModeFiber，SMF)傳輸極限與所面臨高帶寬高容量需求的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的潛在技術(shù)——空分復(fù)用技術(shù)(Space-Division Multiplexing，SDM)應(yīng)運而生[10]，將空分復(fù)用技術(shù)與偏振分復(fù)用、密集波分復(fù)用、時分復(fù)用、頻分復(fù)用等技術(shù)相結(jié)合，形成全新的多維復(fù)用體系，已經(jīng)成為未來光通信的發(fā)展方向。在光纖通信系統(tǒng)中，空分復(fù)用技術(shù)是同時利用多個纖芯中的不同纖芯或多個模式作為多條并行傳輸路徑的光纖來傳輸同一波長的獨立數(shù)據(jù)信號，從而提高傳輸容量，主要包括多芯復(fù)用(Multi-Core Multiplexing，MCM)方式[11-13]、少模復(fù)用(Few-ModeMultiplexing，F(xiàn)MM)方式[14-16]和正交復(fù)用的軌道角動量(OrbitalAngular Momentum，OAM)方式[17-19]。其中 FMM 是指在少模光纖(Few Mode Fiber，F(xiàn)MF)中傳輸?shù)膸讉�正交模式上以相同波長傳輸多個信號，使系統(tǒng)的傳輸容量成倍增加。FMF 具有模場面積大、非線性容限高、模式數(shù)量少、模間串?dāng)_小、易于控制等優(yōu)點，所以基于 FMF的模分復(fù)用系統(tǒng)成為解決單模光纖“帶寬耗盡”問題的有效方法而成為研究者們的“寵兒”。其原理框圖如圖 1-2 所示[20]。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN792;TN253

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 肖亞玲;劉艷格;王志;劉曉頎;羅明明;;基于少模光纖的全光纖熔融模式選擇耦合器的設(shè)計及實驗研究[J];物理學(xué)報;2015年20期

2 王楓;畢衛(wèi)紅;江鵬;武洋;付興虎;;基于重疊光柵和啁啾光柵的雙波長光纖激光器[J];光電子·激光;2015年08期

3 黃圖斌;施解龍;浦s

本文編號：2591113