【摘要】：在過(guò)去的幾年內(nèi),由于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及IPTV等技術(shù)的蓬勃發(fā)展,通信業(yè)務(wù)需求出現(xiàn)了爆發(fā)式的增長(zhǎng)。人們?yōu)榱吮苊狻皫捄谋M”局面的發(fā)生,提出了諸如波分復(fù)用技術(shù)、偏振復(fù)用技術(shù)以及正交頻分復(fù)用技術(shù)等多種新型通信技術(shù)來(lái)提高現(xiàn)有單模光纖系統(tǒng)的通信容量。然而隨著信號(hào)傳輸速率的提升,系統(tǒng)對(duì)于光信噪比的要求越來(lái)越高,單模光纖中的非線性效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響也日益突出。在這種形勢(shì)下,基于少模光纖的模式復(fù)用技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,顧名思義,模式復(fù)用就是利用少模光纖中相互正交的各個(gè)傳播模式作為獨(dú)立的信道,并復(fù)用到同一根少模光纖內(nèi)進(jìn)行傳輸。由于開(kāi)辟了模式這一新的通信自由度,模式復(fù)用技術(shù)將會(huì)成倍的提升現(xiàn)有通信系統(tǒng)的傳輸容量;同時(shí),少模光纖的模場(chǎng)面積相對(duì)較大,因此模式復(fù)用技術(shù)對(duì)于光纖非線性效應(yīng)的容忍度也非常優(yōu)秀,模式復(fù)用技術(shù)將是未來(lái)光通信領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。在模式復(fù)用技術(shù)中,高階模式獲取器件的性能對(duì)于系統(tǒng)有著至關(guān)重要的影響,然而現(xiàn)有的各類高階模式獲取器件并不能很好的滿足商用通信系統(tǒng)的需求。在此背景下,本文對(duì)模式復(fù)用技術(shù)中的高階模式獲取技術(shù)進(jìn)行了深入的研究,提出了一種基于少模光纖布拉格光柵的高階模式獲取技術(shù),利用少模光纖布拉格光柵能夠在布拉格波長(zhǎng)上反射特定高階模式的特性,使用與少模光柵反射譜中特定高階模自耦合諧振峰相匹配的光纖激光器作為光源,并結(jié)合光環(huán)行器,便可在少模光纖布拉格光柵的反射端獲取目標(biāo)高階模式。本文中的具體工作如下所示:首先我們對(duì)少模光纖中的傳播模式理論進(jìn)行了推導(dǎo),從Maxwell方程組出發(fā)得到光纖中的波動(dòng)方程,并通過(guò)標(biāo)量法對(duì)其進(jìn)行近似求解,以此對(duì)光纖中模式的傳播特性進(jìn)行了分析,該工作為文中后續(xù)的內(nèi)容奠定了基礎(chǔ)。然后對(duì)現(xiàn)有模式復(fù)用技術(shù)中使用的高階模式獲取器件的工作原理進(jìn)行了介紹,分析了各類高階模式獲取器件的優(yōu)勢(shì)與不足,并且對(duì)基于倏逝波耦合的非對(duì)稱波導(dǎo)型高階模式獲取技術(shù)進(jìn)行了仿真研究。接著在第3章中,我們從光纖光柵的制作、分類和應(yīng)用角度出發(fā),對(duì)光纖光柵技術(shù)的整體情況進(jìn)行概述。然后以耦合模理論為工具,對(duì)少模光纖布拉格光柵的特性進(jìn)行了理論研究,并且仿真分析了少模光纖布拉格光柵各個(gè)反射峰的模式傳輸特性。使用相位掩模法蝕刻光纖光柵時(shí)采用單側(cè)曝光會(huì)導(dǎo)致的纖芯橫向折射率的不均勻分布,我們分析了該效應(yīng)對(duì)少模光纖布拉格光柵傳輸特性的影響。最后我們以雙模光纖布拉格光柵為例,搭建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)其3個(gè)反射諧振峰的模式傳輸特性進(jìn)行了研究。最終利用這些特性成功的獲取了 LP11模式,并通過(guò)調(diào)整單模光纖與雙模光纖之間的偏心熔接距離對(duì)LP11模式的插入損耗進(jìn)行了優(yōu)化。最后提出了適用于任意高階模式的少模光纖布拉格光柵高階模式獲取技術(shù),對(duì)其性能進(jìn)行了綜合的評(píng)價(jià),并對(duì)以后的研究提出了建議。
[Abstract]:In the past few years, due to the rapid development of Internet technology, Internet of Things technology, IPTV and other technologies, the demand for communication services has experienced explosive growth. People are trying to avoid "Bandwidth depletion" Several new communication technologies, such as wavelength division multiplexing technology, polarization multiplexing technology and orthogonal frequency division multiplexing technology, have been proposed to improve the communication capacity of the existing single-mode optical fiber system. However, with the increase of signal transmission rate, the system has higher requirements on optical signal-to-noise ratio, and the nonlinear effect in single-mode fiber is more and more prominent. In this situation, the mode multiplexing technology based on the small-mode optical fiber has emerged, and the mode reuse is the independent channel by using each propagation mode orthogonal to each other in the low-mode optical fiber, and is multiplexed into the same small-mode optical fiber for transmission. Due to the opening of the new communication freedom degree of the mode, the mode multiplexing technology will multiply the transmission capacity of the existing communication system in multiple times, and meanwhile, the mode field area of the small-mode optical fiber is relatively large, so that the mode multiplexing technology is very good for the nonlinear effect of the optical fiber, Mode multiplexing technology will be one of the key technologies in the field of future optical communication. In the mode reuse technology, the performance of the high-order mode acquisition device is very important to the system, however, the existing high-order mode acquisition devices do not meet the requirements of the commercial communication system very well. In this context, this paper deeply studies the high-order mode acquisition technology in the mode reuse technology, and puts forward a high-order mode acquisition technology based on the small-mode fiber Bragg grating. An optical fiber laser matched with a specific high-order mode self-coupling resonant peak in a low-mode grating reflection spectrum is used as a light source and combined with an optical circulator, the target high-order mode can be obtained at the reflection end of the low-mode fiber bragg grating. The concrete work in this paper is as follows: Firstly, we derive the propagation mode theory in the small-mode optical fiber, derive the wave equation in the optical fiber from the Maxwell equations, and approximate the propagation characteristic of the optical fiber by the scalar method, and then analyze the propagation characteristics of the mode in the optical fiber. This work laid the foundation for the follow-up to the text. Then the operation principle of the high-order mode acquisition device used in the existing mode multiplexing technology is introduced, the advantages and disadvantages of the high-order mode acquisition devices are analyzed, and the simulation research is carried out on the asymmetric waveguide-type high-order mode acquisition technology based on the evanescent wave coupling. Then, in chapter 3, we give an overview of the overall situation of fiber grating technology from the viewpoint of fabrication, classification and application of fiber grating. Then, based on the coupled mode theory, the characteristics of the low-mode fiber Bragg grating are studied theoretically, and the mode transfer characteristics of the reflection peaks of the low-mode fiber Bragg gratings are analyzed. The influence of this effect on the transmission characteristics of fiber Bragg gratings is analyzed. At last, the mode transmission characteristics of three reflection resonance peaks in the experimental system are studied by using the dual mode fiber Bragg grating as an example. Finally, LP11 mode is obtained successfully with these characteristics, and the insertion loss of LP11 mode is optimized by adjusting the eccentric fusion distance between single-mode fiber and dual-mode fiber. At last, the high-order mode acquisition technology for the low-mode fiber Bragg grating suitable for arbitrary high-order modes is put forward, the performance of the high-order mode acquisition technology is comprehensively evaluated, and the future research is put forward.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN253;TN929.11

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本文編號(hào)：2277614