【摘要】：光纖模式轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)光纖中不同橫向模式之間的轉(zhuǎn)換,在模式復(fù)用光纖通信系統(tǒng)、高階橫模光場產(chǎn)生等方面有著重要而廣泛的應(yīng)用,其常見的實(shí)現(xiàn)方案包括基于長周期光纖光柵、機(jī)械壓力光纖光柵、光子燈籠、光纖模式選擇耦合器等。其中光纖模式選擇耦合器具有結(jié)構(gòu)簡單、插入損耗小、工作帶寬大等優(yōu)勢,引起了人們的廣泛關(guān)注。本文主要研究熔融拉錐型光纖模式選擇耦合器,對其進(jìn)行了較為深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究,取得的主要研究成果如下(1)介紹了光纖中的模式的概念、分類和性質(zhì)等。結(jié)合仿真分析討論了LP01模、LP11模、LP21模和LP02模等線偏振模的光場功率密度分布。利用微擾法推導(dǎo)了耦合模方程,為后續(xù)模式選擇耦合器的分析和設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)(2)推導(dǎo)了計(jì)算不同波導(dǎo)之間耦合系數(shù)的積分公式,并結(jié)合超模理論討論了基于耦合模理論的模場積分法的準(zhǔn)確度。仿真分析了不同類型光纖之間的模式轉(zhuǎn)換,包括單模-雙模、單模-四模,討論了工作波長、纖芯間距等對模式耦合特性的影響。(3)利用RSoft對光纖模式選擇耦合器進(jìn)行建模仿真,分析了光纖中的模式耦合過程中能量的流動。通過合理設(shè)計(jì)光纖的參數(shù),使單模光纖中的LP01模和少模光纖中的不同高階模式發(fā)生耦合,仿真了基模轉(zhuǎn)換成高階模式的能量流動過程。(4)分別使用普通單模光纖-自制雙模光纖、普通單模光纖-商用四模光纖制作了模式選擇耦合器。通過合理的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了LP01模到LP11模的轉(zhuǎn)換。并測試了其性能參數(shù):在1530nm到1560nm的波長范圍內(nèi),兩種模式選擇耦合器均實(shí)現(xiàn)了 LP01模向LP11模的有效轉(zhuǎn)換;單模-雙模光纖模式選擇耦合器的附加損耗從1.9dB降到1.4dB,模式轉(zhuǎn)換效率從為1.2%增加到3.2%;單模-四模光纖模式選擇耦合器的附加損耗從2.23dB降到1.68dB,模式轉(zhuǎn)換效率從0.58%增加到2%。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN253
【圖文】：

Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｐａｔｔｅｒｎ邋ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ邋ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑將模分復(fù)用技術(shù)應(yīng)用到模式復(fù)用傳輸系統(tǒng)可以將現(xiàn)有的光纖通信系統(tǒng)容量增逡逑加數(shù)倍甚至數(shù)十倍，是目前提高光纖通信系統(tǒng)傳輸容量的有效手段。如圖１－２所示逡逑是一個基于少模光纖的ＭＤＭ傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，整個系統(tǒng)主要由發(fā)送端、傳輸逡逑系統(tǒng)和接收端組成。發(fā)送端將產(chǎn)生的電信號轉(zhuǎn)化成光信號送入各個模式轉(zhuǎn)換器，逡逑２逡逑

Ｆｉｇ．邋１－５邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｍｏｄｅ邋ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ邋ｃｏｕｐｌｅｒ逡逑基于光纖楩合器的模式轉(zhuǎn)換器又稱為模式選擇楩合器（Ｍｏｄｅ邋Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ邋Ｃｏｕｐｌｅｒ，逡逑ＭＳＣ），它的基本結(jié)構(gòu)如圖１－５所不。ＭＳＣ—般由一根單模光纖和一根少模光纖q4逡逑融拉錐制成，Ｉ區(qū)是耦合區(qū)，光纖中的模式在這個區(qū)域發(fā)生耦合，ＩＩ區(qū)是熔錐區(qū)，逡逑該區(qū)的纖芯半徑被均勻拉細(xì)。光從單模光纖的一段輸入，在光纖中傳輸一段距離逡逑后到達(dá)熔錐區(qū)。在這個區(qū)域光纖的纖芯由于拉錐會越來越細(xì)，使得光纖的歸一化逡逑５逡逑

ＬＰ０２邐１．４４５逡逑如圖２－２所示是四種線偏振模式的功率密度分布和功率等值線圖。其中圖（ａ）逡逑（ｃ）邐（ｅ）和（ｇ）分別為ＬＰＱＩ、ＬＰｕ、ＬＰ２ｊｎＬＰＱ２模式的功率密度分布圖，圖（ｂ）逡逑（ｄ）邐（ｆ）和（ｈ）分別為ＬＰｍ、ＬＰｕ、ＬＰ２１和ＬＰ0２模式的功率等值線圖。從圖中逡逑可以看出ＬＰｍ模式的功率密度是呈圓環(huán)分布的，能量主要集中在纖芯中心區(qū)域。逡逑ＬＰＵ模式的功率密度是呈兩瓣分布的，能量主要集中在這兩個瓣上，而且兩瓣的逡逑偏振方向是相反。ＬＰ２１模式的功率密度是呈四瓣分布的，能量主要集中在這四個逡逑瓣上。ＬＰＧ２模式的功率密度是呈圓環(huán)分布的，能量主要集中在靠近纖芯中心的圓逡逑環(huán)區(qū)域。逡逑ＬＰ0ｌ邋Ｐｏｗｅｒ邋ｄｅｎｓｉｔｙ邐ＬＰ0１邋Ｐｏｗｅｒ邋ｃｏｎｔｏｕｒ邐ＬＰ１１邋Ｐｏｗｅｒ邋ｄｅｎｓｉｔｙ邐１５邋ＬＰ”邋Ｐｏｗｅｒ邋ｃｏｎｔｏｕｒ逡逑＾邋ｊ：？邐ｉ；８：逡逑－１0１０￣￣￣＾－１５－邋邋邋邋邐邐逡逑．１０邐Ｒａｄｉｕ？（邋ｍ）邐＊１０邐．１0邐．５邐０邐５邐１０逡逑Ｒ？ｄｉｕ＞（／＜ｍ）邐Ｒａｄｉｕ＊（；／ｍ）邐；，邐Ｒｓｄｉｕｓ｛／＃ｍ）邐Ｒ？ｄｉｕｓ｛＞＜

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

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本文編號：2759965