【摘要】：近年來,為滿足社會(huì)發(fā)展的需要,數(shù)據(jù)流量急劇增長。但與此同時(shí),光纖作為一種非常關(guān)鍵的傳輸介質(zhì),其傳輸速率的提升卻越來越顯得困難。一方面交換節(jié)點(diǎn)的交換能力受到限制,另一方面光纖本身傳輸速率的提升變得越來越難,因此全光交換技術(shù)以及新型大容量傳輸技術(shù)的研究,有助于解決這些問題。渦旋光是指擁有螺旋形相位波前的一種結(jié)構(gòu)光,其能夠攜帶軌道角動(dòng)量(orbital angular momentum,OAM),可以廣泛應(yīng)用于光鑷、微粒操控、顯微鏡、傳感、通信等領(lǐng)域。近年來,基于光纖的渦旋光的生成、控制、測量、應(yīng)用等相關(guān)研究,成為研究人員追逐的熱點(diǎn),尤其是大容量光纖通信方面。將光纖和渦旋光結(jié)合,既可以提升光纖的性能,也可以拓展光纖的應(yīng)用,具有廣闊的前景。本論文在相關(guān)科研項(xiàng)目的支持下,針對(duì)上述內(nèi)容在特種光纖和渦旋光這兩個(gè)方面做了些研究,并取得如下成果:(1)研制了可用于光纖放大器的大模場面積低摻雜濃度的摻鉺光纖,研制了可用于光纖激光器的高摻雜濃度的單模摻鉺光纖以及少模摻鉺光纖,研制了可用于光纖到戶等方面的大模場面積抗彎損光纖,研制了多種結(jié)構(gòu)的少模光纖,這些光纖的研制為后續(xù)的研究奠定基礎(chǔ)。(2)分析研究了三種渦旋光纖的實(shí)現(xiàn)方案,分別制造了三種類型的多根渦旋光纖并進(jìn)行了相關(guān)測試。提出了利用S2技術(shù)測量光纖中矢量模式成分的方案,并用該方案測量了渦旋光纖中的矢量模式成分,完成對(duì)渦旋光纖的特征描述。(3)介紹了兩種經(jīng)典的基于光纖的OAM的生成理論,并且分析了這兩種OAM模式之間的關(guān)系。提出了基于同一模式群內(nèi)不同矢量模式的奇偶模式疊加產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)OAM以及實(shí)現(xiàn)線偏振OAM模式與標(biāo)量模式間切換的新理論。提出了基于同一模式群內(nèi)兩個(gè)偏振方向互相垂直的標(biāo)量模式疊加產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)OAM以及實(shí)現(xiàn)線偏振OAM模式與標(biāo)量模式間切換的新理論。分析研究了標(biāo)量模式在渦旋光纖中的演化,然后利用該演化過程可實(shí)現(xiàn)二維的連續(xù)可調(diào)的OAM及線偏振OAM模式與標(biāo)量模式間的切換。分析研究了矢量模式在保偏少模光纖中的演化,然后利用該演化過程可實(shí)現(xiàn)二維的連續(xù)可調(diào)的OAM及線偏振OAM模式與標(biāo)量模式間的切換。豐富完善了基于光纖的OAM生成的理論體系。(4)受矢量強(qiáng)度分析法(Ring Method)的啟發(fā)提出一種測量線偏振OAM模式純度的方法,稱為標(biāo)量強(qiáng)度分析法。分析了該方法的可行性、精確度、靈敏度和誤差,對(duì)該方法的適用條件以及適用場合進(jìn)行了詳細(xì)的說明,并將該方法在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用。(5)研究了基于機(jī)械長周期少模光纖光柵的模式轉(zhuǎn)換器和基于短周期少模光纖光柵的模式轉(zhuǎn)換器。基于將長周期和短周期光柵級(jí)聯(lián)的裝置,搭建了環(huán)形腔光纖激光器,并且實(shí)現(xiàn)了三波長單�？汕袚Q輸出,以及雙波長六橫模可切換輸出,為渦旋光纖激光器的研制打下基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN253
【圖文】：

ｐｏｌａｒｉｚｅｄｍｏｄｅ，ＬＰＭ）。而禍旋光纖，為了減小模式的楩合，要增大同一模式群內(nèi)不逡逑同矢量模式間的有效折射率差，以打破這些矢量模式的簡并。為實(shí)現(xiàn)矢量模式的有逡逑效分離，要求不同矢量模式間的有效折射率差要達(dá)到１ＣＴ４量級(jí)［５４］。如圖１．２所示，逡逑（ａ）為普通階躍光纖，其ＬＰＷ模式群內(nèi)的矢量模式的有效折射率差非常小，這幾個(gè)逡逑矢量模式是簡并的，（ｂ）為渦旋光纖，其ＬＰ１Ａ模式群內(nèi)矢量模式間的有效折射率差逡逑相比于普通階躍光纖來說非常大。因此，渦旋光纖是指能夠打破同一模式群內(nèi)的矢逡逑量模式簡并的一種特殊的少模光纖或多模光纖。逡逑但是，需要指出的是基于光纖的渦旋光的生成可以不限于使用渦旋光纖，在普逡逑通的少模光纖或多模光纖中也可以生成渦旋光［５５，邋５６］。逡逑ｙＴＭ0１邐邐逡逑椰邋＿＿＿＿ｗｗ＾＿ｙｙ懰丨聊邋＿＿腿邋１１逡逑｜邐Ｉ邋邐逡逑ＴＥｍ邐＂邐＾ＴＥ０１逡逑Ａｉｉｒｆｒ逡逑Ｊ邐ｎｅ＂邋Ａ邐逡逑（ｉｉ）邋Ｓｔｅｐ－ｉｎｄｅｘ邋ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ邋ｆｉｂｅｒ邐（ｂ）邋Ｖｏｒｔｅｘ邋ｆｉｂｅｒ逡逑圖１．２．邋ＬＰ１４模式群內(nèi)矢量模式分離的概念；（ａ）在階躍型多模光纖中，二階矢量模式是簡并逡逑的；（ｂ）在渦旋光纖中二階矢量模式間的有效折射率差足夠大

現(xiàn)在最常見的渦旋光纖的結(jié)構(gòu)是芯－環(huán)結(jié)構(gòu)，或者在環(huán)外再加一層下陷層。在逡逑芯－環(huán)結(jié)構(gòu)下，環(huán)部分是高折射率，而芯子按照折射率的高低可分為三種情況，高逡逑折射率芯子，低折射率芯子或空氣芯子，如圖１．３（ａ－ｃ）所示。在介紹之前先定義若逡逑干名詞，高折射率芯子（ｈｉｇｈ邋ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ邋ｉｎｄｅｘ邋ｃｏｒｅ，邋ＨＣ），低折射率芯子，（ｌｏｗ邋ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ逡逑ｉｎｄｅｘ邋ｃｏｒｅ，邋ＬＣ），空氣芯子（ａｉｒ邋ｃｏｒｅ，邋ＡＣ），高折射率環(huán)（ｈｉｇｈ邋ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ邋ｉｎｄｅｘ邋ｒｉｎｇ，ＨＲ）。逡逑ｉ邋Ｏ邋ｉ邐？逡逑－－－Ｊｌｊｖｙｉ邐＾ｒｉ－邋．邋－ｉ｜邋：邋Ｈ－－逡逑（ａ）邐（ｂ）邐（ｃ）逡逑圖１．３．渦旋光纖的常見結(jié)構(gòu)：（ａ）高折射率芯子；（ｂ）低折射率芯子；（ｃ）空氣芯子。逡逑Ｆｉｇ．邋１．３．邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｖｏｒｔｅｘ邋ｆｉｂｅｒ：邋（ａ）ｗｉｔｈ邋ｈｉｇｈ邋ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ邋ｉｎｄｅｘ邋ｃｏｒｅ；邋（ｂ）ｗｉｔｈ邋ｌｏｗ邋ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ邋ｉｎｄｅｘ逡逑ｃｏｒｅ；邋（ｃ）ｗｉｔｈ邋ａｉｒ邋ｃｏｒｅ．逡逑（１）邋Ｓ折射率芯子－尚折射率環(huán)（ＨＣ－ＨＲ）逡逑５逡逑

１．５全光纖少模光纖激光器逡逑光纖激光器自問世以來，其形式，種類五花八門，千變?nèi)f化，但是最基本最常逡逑見的兩種結(jié)構(gòu)就是環(huán)形腔光纖激光器和線形腔光纖激光器，如圖１．５和圖１．６所示。逡逑Ｐｕｍｐｋ９８０ｎｎｉ邐（ＴＴＳ逡逑ＷＤＭ邐ＥＤＦ邐ｐｃ逡逑Ｃｉｒ．火逡逑Ｏｕｔ－２邋—逡逑ＦＢＧ邋］３逡逑＾邐＇逡逑Ｏｕｔ．邋１邐Ｉｓｏ．逡逑１０％邋Ｃｏｕ．逡逑圖１．５．環(huán)形腔光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。Ｐｕｍｐ，泵浦源；ＷＤＭ，波分復(fù)用器；ＥＤＦ，摻Ｅｒ逡逑光纖；ＰＣ，偏振控制器；Ｃｉｒ．，環(huán)形器；ＦＢＧ，光纖布拉格光柵；Ｉｓｏ．，隔離器；Ｃｏｕ．，ｆ禹合逡逑器；Ｏｕｔ．，輸出。逡逑Ｆｉｇ．邋１．５．邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｒｉｎｇ邋ｃａｖｉｔｙ邋ｆｉｂｅｒ邋ｌａｓｅｒ．邋ＷＤＭ，邋ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋ｄｉｖｉｓｉｏｎ邋ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ；邋ＥＤＦ，邋ｅｒｂｉｕｍ逡逑ｄｒｏｐｅｄ邋ｆｉｂｅｒ；邋ＰＣ，邋ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ邋ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；邋Ｃｉｒ．，邋ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒ；邋ＦＢＧ，邋ｆｉｂｅｒ邋Ｂｒａｇｇ邋ｇｒａｔｉｎｇ；邋Ｉｓｏ．，邋Ｉｓｏｌａｔｏｒ；逡逑Ｃｏｕ．，邋ｃｏｕｐｌｅｒ；邋Ｏｕｔ．，邋ｏｕｔｐｕｔ．逡逑１３逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2789504