【摘要】：近年來隨著互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展,全世界的網(wǎng)絡(luò)帶寬和數(shù)據(jù)中心對網(wǎng)絡(luò)容量的需求呈現(xiàn)出爆炸般的增長,然而現(xiàn)有的單模光纖通信系統(tǒng)遠(yuǎn)不能滿足快速發(fā)展的信息社會(huì)對網(wǎng)絡(luò)容量的需求。針對此問題,研究人員提出了基于多芯光纖或少模光纖的空分復(fù)用技術(shù)。在空分復(fù)用光纖中,偏振保持少模光纖(保偏少模光纖)具有非線性效應(yīng)弱、可實(shí)現(xiàn)無多輸入多輸出數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備的近距離傳輸?shù)葍?yōu)勢。所以設(shè)計(jì)分析新型保偏少模光纖具有十分重要的意義。本論文研究了保偏少模光纖的相關(guān)理論,提出三種新型結(jié)構(gòu)的保偏少模光纖,主要工作有:1.對保偏少模光纖進(jìn)行理論研究,分析其模式特性、波導(dǎo)特性和保偏實(shí)現(xiàn)原理,包括模場強(qiáng)度的分布情況、模式的群速度色散、光纖的有效面積和拼接損耗等。2.研究矩形芯少模光纖的傳輸特性,基于應(yīng)力致偏原理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)矩形芯保偏少模光纖,并分析新型光纖的的模式特性、波導(dǎo)特性和傳輸性能。研究證明該光纖可支持至少8個(gè)模式的有效分離,具備大的有效面積,能增大有效分離模式的傳播距離,可用于數(shù)據(jù)中心互連和光接入網(wǎng)等短距離應(yīng)用場景。3.分析幾何致偏型保偏少模光纖的實(shí)現(xiàn)原理,基于矩形纖芯設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)環(huán)芯矩形保偏少模光纖。研究發(fā)現(xiàn)該光纖可支持10個(gè)模式的有效分離,對纖芯內(nèi)部偏振模式的利用率達(dá)到100%,在C+L波段上所有模式的群速度色散數(shù)值處于適用于近距離傳輸?shù)姆秶鷥?nèi),具備成為未來空分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)傳輸介質(zhì)的潛力。4.探究空氣孔對保偏少模光纖的影響,完成空氣孔—環(huán)芯矩形保偏少模光纖的設(shè)計(jì)。數(shù)值分析的結(jié)果表明,引入空氣孔的環(huán)芯矩形保偏少模光纖可以有效增大偏振模式之間的有效折射率差,并且在提高纖芯折射率后,光纖可支持14個(gè)偏振模式有效分離,進(jìn)一步提高光纖的傳輸容量。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN253
【圖文】：

大規(guī)模信息交互產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量意味著網(wǎng)絡(luò)容量需求的激增，然而現(xiàn)有的單模光逡逑纖（ＳＭＦ：邋Ｓｉｎｇｌｅ邋ｍｏｄｅ邋ｆｉｂｅｒ）通信系統(tǒng)的傳輸容量己經(jīng)十分接近香農(nóng)定理的傳輸極逡逑限［２］，如圖１－］所示。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足爆炸式增長的數(shù)據(jù)流量對傳輸容量的需求逡逑［３］，為此需要尋找新的技術(shù)手段來應(yīng)對即將到來的容量問題。逡逑川邋Ｐ邋ｊ￣￣￣ｒ邐—邐邐邐邐邐邐１逡逑空分復(fù)逡逑ｊ邋ｐ邋一寸一一一．本逡逑ｉｎｎＴ邐ｆｆ邋農(nóng)極《邐：＃邐ｊｆ逡逑！邋ＵＵ邋Ｉ邐；逡逑■■■？ｆ＞邐？一－］逡逑，00邋Ｍ邋廠￣邐—－邋￣￣邋ｉ＊邋ｔ」氣輸邋ｎ邐ｉ逡逑１０邋Ｍ邋１９８０邐１９９０邐２（ＫＫ）邋Ｔ0ｉ0邋２０２０邐２０３０逡逑年份逡逑圖１－１光纖通信技術(shù)的發(fā)展歷程與網(wǎng)絡(luò)容量需求［２］逡逑在光纖通信技術(shù)的發(fā)展過程中，為提高單模光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量，多種逡逑復(fù)用技術(shù)隨之產(chǎn)生。上世紀(jì)９０年代前，光時(shí)分復(fù)用（ＴＤＭ：邋Ｔｉｍｅ邋Ｄｉｖｉｓｉｏｎ逡逑Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術(shù)被提出，該技術(shù)是在時(shí)間維度上將多路信號(hào)復(fù)用成一路信號(hào)，逡逑從而達(dá)到多路復(fù)用的目的。９０年代后期的波分復(fù)用［４］（ＷＤＭ：邋Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋Ｄｉｖｉｓｉｏｎ逡逑Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術(shù)使不同波長的光在同一根光纖中傳輸，繼續(xù)擴(kuò)大了光纖通信系逡逑統(tǒng)的傳輸容量。之后出現(xiàn)的偏振復(fù)用［５］（？0１＾：？0１３也３１丨0］１邋Ｄｉｖｉｓｉｏｎ邋Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）逡逑技術(shù)是利用光載波中相互正交的偏振態(tài)傳輸信息

圖１－３現(xiàn)階段三種不同類型的保偏少模光纖：（ａ）應(yīng)力型熊貓保偏少模光葉｛１９）邋（ｂ）幾何致偏逡逑型保偏少模光纖⑷如）空氣孔型保偏少模光纖［２１］逡逑矩形芯保偏少模光纖［２２］是近幾年出現(xiàn)的一種新型結(jié)構(gòu)的少模光纖，如圖１－４逡逑所示。圖１－４中，矩形部分是光纖的纖芯，折射率為１．４４９３，是由二氧化硅摻雜逡逑了邋３．５％摩爾百分比的二氧化鍺構(gòu)成；其余部分為光纖包層，是由折射率為１．４４４逡逑的二氧化硅構(gòu)成。矩形芯保偏少模光纖因其纖芯結(jié)構(gòu)而具備一些獨(dú)特的優(yōu)勢：由逡逑于光纖較大的纖芯尺寸，光纖具有大的有效面積，所以光纖的拼接性好，抗拼接逡逑損耗能力強(qiáng)；模式的數(shù)量可由矩形的長度決定，內(nèi)部偏振模式相互正交且僅包含逡逑兩種偏振模式，可以通過模式組間的區(qū)別對模式進(jìn)行分類存放，有利于促進(jìn)光通逡逑信器件的集成。因此，本文在矩形結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出新型保偏少模光纖，具逡逑有支持更多模式數(shù)量的有效分離、促進(jìn)近距離通信系統(tǒng)的器件集成和降低系統(tǒng)成逡逑本和功耗等優(yōu)勢。逡逑■邋Ｓｉ０２Ｇｅ０２逡逑Ｓｉ０２逡逑４逡逑

逡逑在實(shí)際的光纖通信系統(tǒng)中，大多使用的是弱導(dǎo)光纖。弱導(dǎo)光纖就是光纖的包逡逑層和纖芯的折射率差值非常小的一種光纖，在弱導(dǎo)光纖中，纖芯的折射率￣包層折射率》２基本上相差不會(huì)超過１％，并且在弱導(dǎo)光纖中傳播的模式的縱向磁場的分量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于橫向電磁場的分量，而且模式的橫向電磁場分量的偏振基本不會(huì)發(fā)生變化，所以在弱導(dǎo)光纖的光場中模式的橫向電磁場占據(jù)主導(dǎo)地位。逡逑此時(shí)處于光纖中的模式被稱為線偏振模（ＬＰ：邋Ｌｉｎｅａｒ邋Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ邋Ｍｏｄｅ），也被稱ＬＰ模。而線偏振模的本征方程為：逡逑ＴＴ邐（＾？ｍ）邋＿邋ｎ／邋＾ｍ＋１逡逑ｕ－邋￣ＴＵＴ）邋—邋ｗ－邋￡Ｊｗ￣）邐（２＇１２）逡逑ｉｎ邋＼邋ｍｎ）邐ｍ邋＼邋ｎｍ邋Ｊ逡逑在這個(gè)本征方程中，下標(biāo)字母代表的是Ｗ階數(shù)貝塞爾函數(shù)的函數(shù)根值”，而Ｕ是光纖纖芯處的特征參數(shù)，滿足６＾，７＝／＊２（￥４－凡，？），妒是光纖包層特征參數(shù)，同樣滿足壞彳＾二一以＾－r2＾廣其中／‘是光纖的纖芯半徑，）＾：］；！／！逡逑是真空中的波數(shù)，凡＾是特定模式的傳播常數(shù)。下面五張圖就是在折射率分布為逡逑階躍式的少模光纖中傳播的幾個(gè)低階ＬＰ模。逡逑

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本文編號(hào)：2757107