本文關(guān)鍵詞：基于長周期光纖光柵的少模光纖器件研究

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【摘要】：由于單模光纖自身固有非線性效應(yīng)的限制,其傳輸容量已經(jīng)鄰近極限。減小光纖非線性效應(yīng)最直接有效的途徑是增加纖芯直徑。當(dāng)纖芯直徑增大到一定程度時,光纖將會支持高階模的傳輸,即為一種少模光纖。目前,基于少模光纖的通信技術(shù)主要可分為兩類。一類是采用模分復(fù)用技術(shù)增加系統(tǒng)容量。另一類是通過選擇性模式激勵,使少模光纖以單模狀態(tài)工作。本文首先提出了一種新型基于長周期光纖光柵的濾模器。模分復(fù)用技術(shù)是以少模光纖中不同模式作為獨立信道傳輸不同信息的方法。為此需要使用模式轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)單模光纖中基模與少模光纖中高階模之間的轉(zhuǎn)換。雖然現(xiàn)有的模式轉(zhuǎn)換器已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的模式轉(zhuǎn)換,但很少研究殘余基模對高階模的串?dāng)_。該濾模器采用切趾型長周期光纖光柵使少模光纖中纖芯基模與包層模發(fā)生耦合,并借助涂覆層折射率略高于包層模的特點,將包層模泄露掉,同時保證纖芯其它高階模不發(fā)生耦合或耦合后能量仍轉(zhuǎn)移回來,從而實現(xiàn)濾除基模和保留高階模的目的。另外,我們還提出了采用級聯(lián)不同周期長周期光纖光柵的方法來增加工作帶寬,并還分析了環(huán)境溫度變化對該濾模器工作帶寬的影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明,我們提出的濾模器在環(huán)境溫度10~40℃的范圍內(nèi),工作帶寬均可達(dá)到23 nm以上。本文還提出了一種新型基于雙芯光纖的長周期光纖光柵模場轉(zhuǎn)換器。若要使少模光纖工作在單模狀態(tài),則應(yīng)有效地激發(fā)其單個模式,并具有低的模式串?dāng)_。激發(fā)少模光纖中的基模,通常是通過使其與單模光纖直接連接實現(xiàn)的。但由于少模光纖的模場面積及模場分布與單模光纖相比都存在較大差異,因此,采用直接連接方法會有較大的連接損耗,并會導(dǎo)致少模光纖中有其它高階模的產(chǎn)生,從而引起模式間的串?dāng)_。該模場轉(zhuǎn)換器通過在少模纖芯中寫入長周期光纖光柵,以實現(xiàn)單模纖芯與少模纖芯間基模的低損耗耦合。分析了少模纖芯中高階模對基模的串?dāng)_,并比較了同樣參數(shù)下光纖直接連接時的轉(zhuǎn)換效率和串?dāng)_。數(shù)值模擬結(jié)果表明,我們提出的模場轉(zhuǎn)換器能夠?qū)崿F(xiàn)單模光纖與少模光纖之間的低損耗、低串?dāng)_模場轉(zhuǎn)換。當(dāng)要求少模纖芯中基模的歸一化輸出能量大于-0.5 dB時,其工作帶寬達(dá)到36 nm,而其它高階模的能量均要比基模小-21 dB以上。
【關(guān)鍵詞】：少模光纖 雙芯光纖 長周期光纖光柵 模式轉(zhuǎn)換器 濾模 模場面積 轉(zhuǎn)換效率 帶寬
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN253
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-26
• 1.1 空分復(fù)用概述11-14
• 1.1.1 基于多芯光纖的多芯復(fù)用技術(shù)12-13
• 1.1.2 基于少模光纖的模分復(fù)用技術(shù)13-14
• 1.2 模分復(fù)用器件研究現(xiàn)狀14-23
• 1.3 基于少模光纖的大模場傳輸技術(shù)23-24
• 1.4 課題研究背景及意義24
• 1.5 論文內(nèi)容介紹24-26
• 第二章 少模光纖的基本特性和長周期光纖光柵理論26-38
• 2.1 少模光纖的基本特性26-28
• 2.2 長周期光纖光柵理論28-37
• 2.2.1 長周期光纖光柵理論模型的發(fā)展29
• 2.2.2 長周期光纖光柵的耦合模理論29-37
• 2.2.2.1 纖芯基模和包層模的有效折射率和傳輸常數(shù)29-32
• 2.2.2.2 纖芯基模和包層模的模場分布和歸一化常量32-34
• 2.2.2.3 耦合系數(shù)和耦合常數(shù)34-35
• 2.2.2.4 長周期光纖光柵的模式耦合方程35-36
• 2.2.2.5 長周期光纖光柵的諧振波長36-37
• 2.3 光纖數(shù)值模擬方法37-38
• 2.3.1 光束傳播法37
• 2.3.2 有限元法37-38
• 第三章 基于長周期光纖光柵濾模器的設(shè)計及優(yōu)化38-50
• 3.1 引言38-39
• 3.2 單個長周期光纖光柵濾模器的研究39-43
• 3.3 級聯(lián)型長周期光纖光柵濾模器的研究43-46
• 3.4 級聯(lián)相同周期長周期光纖光柵的特性46-47
• 3.5 級聯(lián)型長周期光纖光柵在不同環(huán)境溫度下的特性47-48
• 3.6 結(jié)論48-50
• 第四章 基于雙芯光纖的長周期光纖光柵模場轉(zhuǎn)換器設(shè)計50-64
• 4.1 引言50-51
• 4.2 模場轉(zhuǎn)換器的耦合特性51-60
• 4.3 模場轉(zhuǎn)換器的串?dāng)_60-63
• 4.4 結(jié)論63-64
• 第五章 總結(jié)64-66
• 參考文獻(xiàn)66-74
• 致謝74-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果75

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