本文關(guān)鍵詞：模分復(fù)用光纖通信中的模式激勵(lì)與模式轉(zhuǎn)換方法研究　出處：《北京郵電大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：模分復(fù)用是高速光纖通信系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)新的研究方向,通過模分復(fù)用可以大大提高光纖通信系統(tǒng)的容量。模式激勵(lì)和模式轉(zhuǎn)換是解決模分復(fù)用的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題,高效率、低復(fù)雜度、高模式分辨率地激勵(lì)出任意的高階模式和實(shí)現(xiàn)不同模式的高效率、高速度的轉(zhuǎn)換問題是模分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)得以應(yīng)用的前提。 目前模式激勵(lì)和模式轉(zhuǎn)換方法的研究方向主要有：1)長(zhǎng)周期光纖光柵、平面光波導(dǎo)、“光子燈籠”、光纖型耦合器等波導(dǎo)型結(jié)構(gòu)法；2)相位屏(Phase Plate)、空間光調(diào)制器(SLM)、點(diǎn)陣耦合(Spot-Based)等自由空間光路方法。在上述方法中,由于基于光纖波導(dǎo)型結(jié)構(gòu)的方法對(duì)實(shí)驗(yàn)的工藝要求較高,而基于空間光調(diào)制器等自由空間光路的方法可以利用較為簡(jiǎn)單的工藝和器件來實(shí)現(xiàn)高效率、低復(fù)雜度、高模式分辨率的模式激勵(lì)和模式轉(zhuǎn)換。因此,本論文的研究方向是基于相位共軛原理的任意模式激勵(lì)和基于空間光調(diào)制器的任意模式轉(zhuǎn)換方法。 論文首先介紹了模分復(fù)用的研究背景和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。然后介紹了基于自由空間光路實(shí)現(xiàn)模分復(fù)用系統(tǒng)的模式控制的基礎(chǔ)理論,為后續(xù)模式激勵(lì)和模式轉(zhuǎn)換提供了理論依據(jù)。論文結(jié)合了諧振腔的結(jié)構(gòu)與光場(chǎng)分布模式,提出了基于相位共軛原理的方形鏡平行平面腔的結(jié)構(gòu),并利用空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)直接模式激勵(lì),給出了仿真結(jié)果。論文提出了采用4f系統(tǒng)的基于空間相位調(diào)制的最優(yōu)模場(chǎng)匹配的任意模式轉(zhuǎn)換,并給出了基于最優(yōu)光闌孔徑的基模轉(zhuǎn)換高階模的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。最后提出了基于壓縮感知的模擬退火算法的精確模式轉(zhuǎn)換方法,并給出了仿真結(jié)果。 本文的主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1、基于相位共軛的任意模式激勵(lì)方法研究 激光諧振腔是激勵(lì)激光模式的有效方式之一。在模式的穩(wěn)定性、時(shí)間相干性、空間相干性和模式畸變程度等方面,用諧振腔直接產(chǎn)生激光模式的方法遠(yuǎn)優(yōu)于通過外光場(chǎng)處理得到的激光模式方法。本論文通過分析模式光場(chǎng)分布特征,利用空間光調(diào)制器、Fox-Li數(shù)值迭代法和諧振腔結(jié)構(gòu),提出了基于相位共軛原理的外腔諧振的方形鏡平行平面腔的任意模式激勵(lì)方案,并通過matlab實(shí)現(xiàn)了仿真驗(yàn)證,證明此方案的理論可行性,能夠通過特殊設(shè)計(jì)空間光調(diào)制器的端面,使得目標(biāo)模式成為諧振腔的本征模,從而實(shí)現(xiàn)任意模式激勵(lì)。 2、基于空間相位調(diào)制的任意模式轉(zhuǎn)換研究 論文首先從空間域、空間頻率域和變換平面空間域分析了待轉(zhuǎn)換模式和目標(biāo)模式的模場(chǎng)分布特征,進(jìn)而從理論上建立了基于空間頻譜濾波的任意模式問轉(zhuǎn)換的傳遞函數(shù)模型,最終利用相位型空間光調(diào)制器構(gòu)建了模式轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)。本論文提出了通過變換平面空間域的模場(chǎng)束腰半徑自適應(yīng)不同模式模場(chǎng)半徑,得到變換平面空間域模場(chǎng)分布匹配原理,提出了變換平面空間域的模場(chǎng)束腰半徑與不同模式的模場(chǎng)分布間的匹配條件及待轉(zhuǎn)換模式和目標(biāo)模式的模場(chǎng)半徑匹配解析方法。仿真結(jié)果證明,基于模場(chǎng)半徑匹配的空間頻譜濾波方法可實(shí)現(xiàn)不同模式間的轉(zhuǎn)換,模式轉(zhuǎn)換歸一化相關(guān)系數(shù)較高。論文搭建了基于最優(yōu)光闌孔徑的基模轉(zhuǎn)換高階模實(shí)驗(yàn)平臺(tái),通過實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了基模轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)P11a、LP11b、LP02、LP03、LP21a、LP21b、LP12a、LP12b等模式。 3、模式的特征分析和精確模式轉(zhuǎn)換控制算法研究 論文利用壓縮感知和模擬退火算法,提出了基于模式的特征分析的精確模式轉(zhuǎn)換控制算法。通過對(duì)比及修正圖像處理的各種算法,在完成模擬退火算法的基礎(chǔ)上,嘗試有效地將光場(chǎng)分布稀疏化,利用基于壓縮感知的模擬退火算法調(diào)整空間光調(diào)制器上的相位分布,使其在圖像傳感器(CCD)上看到的實(shí)際模式圖更加接近仿真得到的標(biāo)準(zhǔn)模式分布圖。應(yīng)用基于壓縮感知的模擬退火算法后,不僅計(jì)算量大大降低,而且可以實(shí)現(xiàn)比較精確的模式轉(zhuǎn)換控制。
[Abstract]:Mode - division multiplexing is a new research direction for the development of high - speed optical fiber communication system , which can greatly improve the capacity of optical fiber communication system . The mode excitation and mode conversion is the key basic problem to solve the division multiplexing . The high efficiency , low complexity , high mode resolution can excite arbitrary high order modes and realize the high efficiency of different modes . The high speed conversion problem is the precondition for the application of the optical fiber communication system . The research direction of the current mode excitation and mode conversion method is mainly as follows : 1 ) long - period fiber grating , planar optical waveguide , photonic lantern , fiber coupler , etc . The method can realize high efficiency , low complexity and high mode resolution mode excitation and mode conversion based on the optical fiber waveguide type structure . In this paper , the research background and the research status of mode - division multiplexing are introduced firstly . Then the basic theory of mode control based on free space optical path is introduced , which provides the theoretical basis for the follow - up mode excitation and mode conversion . The main research and innovation points of this paper are as follows : 1 銆，

本文編號(hào)：1403443