發(fā)布時(shí)間：2022-01-09 09:25

　　單模光纖廣泛應(yīng)用于在通信、傳感等領(lǐng)域,然而,近年來單模光纖在傳輸容量以及傳感性能方面都顯示出一定的局限性。少模光纖可以克服單模光纖的傳輸容量和傳感性能方面的限制,因而引起了人們廣泛的興趣。采用少模光纖,利用不同的模式作為各個(gè)不同的信息傳輸通道,即模分復(fù)用技術(shù),能夠使光纖的通信容量成倍提升;在傳感領(lǐng)域,少模光纖的高階�？梢詤⑴c傳感,在傳感機(jī)制和性能等方面均表現(xiàn)出與單模光纖不同的特點(diǎn)。本文重點(diǎn)研究了基于少模光纖的光柵器件及其對少模光纖中的高階模的濾模、模式轉(zhuǎn)換和單模傳感機(jī)制。模式復(fù)用器/解復(fù)用器和模式轉(zhuǎn)換器等模分復(fù)用器件中,模間串?dāng)_是其重要性能指標(biāo)之一,降低模間串?dāng)_的方法之一就是采用濾模器。類似于波分復(fù)用系統(tǒng),在模分復(fù)用系統(tǒng)中,也需要能夠有效濾除無關(guān)模式的濾模器件。本文提出采用在纖芯的局部區(qū)域制備長周期光纖光柵的方法,實(shí)現(xiàn)對少模光纖中具有特定模式的選擇性濾除。針對光柵的工作帶寬較窄的問題,提出一種光柵交錯(cuò)排列組成的級聯(lián)光柵結(jié)構(gòu),并驗(yàn)證了其可有效增大濾模器的工作帶寬。模式轉(zhuǎn)換器是模分復(fù)用系統(tǒng)以及少模光纖傳感系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件之一,如何實(shí)現(xiàn)寬帶、高轉(zhuǎn)換效率的模式轉(zhuǎn)換,是模式轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究重點(diǎn)之一... 

【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

光纖通信調(diào)制維度[2]

光柵型少模光纖模式操控器件研究2目前有兩種實(shí)現(xiàn)空分復(fù)用（Space-divisionmultiplexing，SDM）的技術(shù)：光纖多芯復(fù)用技術(shù)和模分復(fù)用技術(shù)。在光纖多芯復(fù)用系統(tǒng)中，多芯光纖（Multicoreopticalfiber，MCF）[3-7]中的不同纖芯被用作獨(dú)立通道來傳輸不同的信號。另一種，MDM在少模光纖[8-12]中將其可支持的幾個(gè)模式作為不同的傳送信息的載體。兩者相較而言，少模光纖比多芯光纖的集成度更高，相同的橫截面可以支持更多的傳輸信道。并且，在進(jìn)行光放大時(shí)，少模光纖中各個(gè)模式在空間上互有重疊，從而導(dǎo)致這些不同的模式都可以充分有效地共享泵浦光，提高了泵浦光的效率。同時(shí)，單芯結(jié)構(gòu)的少模光纖與傳統(tǒng)的單模光纖更加兼容，可以大大降低其在光通信器件制備和光纖維護(hù)等多方面的經(jīng)濟(jì)成本�；谶@些優(yōu)勢，模分復(fù)用技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際鋪設(shè)成本和能量消耗的最低化。2011年，Winzer等人[13]討論了基于多個(gè)耦合模式的空分復(fù)用多輸入多輸出系統(tǒng)容量提高的關(guān)鍵在于發(fā)射器可以獨(dú)立地產(chǎn)生SDM波導(dǎo)支持的所有模式，同時(shí)接收端可以有目的、有層次地檢測出傳播的所有模式，如圖1.2,R.Ryf等人[10]通過實(shí)驗(yàn)證明了利用6×6MIMO算法可在10km少模光纖中實(shí)現(xiàn)傳輸6個(gè)模式。圖1.2具有分布噪聲的MIMO信道的系統(tǒng)模型Fig.1.2SystemmodelsforaMIMOchannelwithdistributednoise2012年，S.Randel等人[14]首次通過將多段符號相反的差分群時(shí)延（DGD）光纖連接起來，以實(shí)現(xiàn)對傳輸6個(gè)空間模式的少模光纖中的DGD進(jìn)行消除，從而實(shí)現(xiàn)了DGD小于50ps而跨距達(dá)30公里長的光纖傳輸。這方案還表明在大于

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文5圖1.3(a)基于FMF的12模光子燈籠的模式復(fù)用器；(b)基于各自輸出強(qiáng)度模式的三維波導(dǎo)模式復(fù)用器原理圖Fig.1.3(a)FMFbasedmodemultiplexerof12modesphotonlantern,and(b)principleof3-Dwaveguidebasedmodemultiplexerwithrespectiveoutputintensitypatterns2015年，DongJ等人[24]采用CO2激光器在雙模光纖中直接寫入長周期光柵成功制作了模式轉(zhuǎn)換器。該模式轉(zhuǎn)換器可以將LP01模轉(zhuǎn)換為四種高階圓柱矢量模式或LP11模式中的任意一種。這些器件的傳輸特性對溫度變化不敏感，且模式轉(zhuǎn)換效率對輸入光的偏振態(tài)不敏感。在轉(zhuǎn)換效率為99%的條件下，實(shí)現(xiàn)了LP01模與LP11模之間的轉(zhuǎn)換，其工作帶寬為34.0nm。2016年，F(xiàn)rancoisCallewaert等人[25]研究了一種基于非對稱空間模式轉(zhuǎn)換的超緊湊型寬帶光學(xué)二極管模式轉(zhuǎn)換器，僅由硅和空氣組成傳輸結(jié)構(gòu)。2017年，YunheZhao等人[26]給出了一種基于少模長周期光纖光柵（FM-LPFGs）的全光纖模式轉(zhuǎn)換器，通過單個(gè)LPFG即可實(shí)現(xiàn)基模和不同高階模（LP11、LP21和LP02模）之間的模式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換效率為99%。另外，通過級聯(lián)兩個(gè)不同的長周期光柵可以實(shí)現(xiàn)基模和LP21模之間的轉(zhuǎn)換。2019年，薛艷茹等人[27]提出了一種緊湊型寬帶寬的新型的全光纖模式轉(zhuǎn)換器，如圖1.4所示。在一段少模光纖中寫入疊柵型兩個(gè)不同的長周期光纖光柵，實(shí)現(xiàn)了LP01模向高階模LP11模的高效轉(zhuǎn)換。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,采用疊柵的方法可以實(shí)現(xiàn)的模式轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)99%以上,3dB帶寬約為232nm,10dB帶寬約為153nm。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于高折射率液體填充的花瓣形微結(jié)構(gòu)光纖可調(diào)濾模特性[J]. 戴震飛,姜文帆,王玲,陳明陽,高永鋒,任乃飛.  物理學(xué)報(bào). 2019(08)
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[3]基于弱耦合少模光纖的模分復(fù)用技術(shù)進(jìn)展(特邀)[J]. 李巨浩,葛大偉,高宇洋,賈駿馳,于津怡,何永琪,陳章淵.  光通信研究. 2018(06)
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博士論文
[1]模分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 李佳熊.上海交通大學(xué) 2018
[2]新型少模光纖波導(dǎo)特性分析及其器件的研制[D]. 梁驍.北京交通大學(xué) 2016
[3]基于高速大容量光纖通信用大芯徑光纖及多芯光纖的研制[D]. 鄭斯文.北京交通大學(xué) 2014
[4]新型光子晶體光纖、光波導(dǎo)耦合器件的傳輸特性及應(yīng)用研究[D]. 孫兵.江蘇大學(xué) 2013
[5]長周期光纖光柵的特性及傳感應(yīng)用研究[D]. 宋世德.大連理工大學(xué) 2006

碩士論文
[1]基于少模光纖的模式復(fù)用通信技術(shù)研究[D]. 石健.吉林大學(xué) 2013



本文編號：3578433