低差分模式時(shí)延少模光纖的有限元分析及設(shè)計(jì).pdf

1、隨著人們對(duì)通信容量需求的持續(xù)增大，而單模光纖傳輸系統(tǒng)容量始終無法突破它固有的香農(nóng)極限，單模光纖已無法滿足通信系統(tǒng)需求。為了使通信系統(tǒng)容量進(jìn)一步提高，基于少模光纖的空分復(fù)用技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。理論上，利用空分復(fù)用技術(shù)，基于少模光纖的光纖通信系統(tǒng)容量將成倍增長(zhǎng)。因此，研究和設(shè)計(jì)適用于空分復(fù)用系統(tǒng)的高性能少模光纖，成為光纖通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。需要注意的是，在少模光纖系統(tǒng)中，高階模式的激發(fā)往往會(huì)伴隨著模式間差分模式時(shí)延(differentialmod

2、e delay, DMD)。DMD是影響基于少模光纖的空分復(fù)用系統(tǒng)性能的重要因素。因此，研究低DMD少模光纖具有十分重要的意義。
　　本文針對(duì)少模光纖展開研究，利用Comsol軟件計(jì)算其模場(chǎng)分布、有效折射率，進(jìn)而分析光纖的DMD。通過分析不同結(jié)構(gòu)參量對(duì)模式數(shù)量和DMD的影響，設(shè)計(jì)出了兩種低DMD的少模光纖，即帶有外下陷的漸變式少模光纖和多階少模光纖。波長(zhǎng)在1530nm～1570nm范圍內(nèi)，帶有外下陷的漸變式光纖支持四模傳輸，LP1

3、1、LP21、 LP02模式的DMD的絕對(duì)值小于0.015ps/m;多階少模光纖支持兩模傳輸，LP11的DMD低于0.185ps/m。兩種少模光纖均具有良好的DMD特性，適于在空分復(fù)用技術(shù)中應(yīng)用。主要工作包括:
　　第一部分是對(duì)少模光纖的模式分析和正交性分析。一方面，對(duì)少模光纖的模式理論做了詳細(xì)闡述，主要從亥姆赫茲方程出發(fā)推導(dǎo)模式的特征方程，并分析模式的簡(jiǎn)并性。最后通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟▌?dòng)光學(xué)方法證明了模式的正交性。另一方面，利用Comso

4、l軟件分析了少模光纖的模場(chǎng)分布特性。
　　第二部分是針對(duì)空分復(fù)用系統(tǒng)的研究和分析。首先，按照所用器件不同分析介紹了兩類空分復(fù)用技術(shù):一是基于光纖結(jié)構(gòu)的空分復(fù)用技術(shù);一是基于空間光學(xué)元件的空分復(fù)用技術(shù)。其次，總結(jié)了空分復(fù)用系統(tǒng)對(duì)少模光纖的要求。最后，介紹了空分復(fù)用系統(tǒng)的部署和應(yīng)用。
　　第三部分研究了兩種減小光纖DMD的方案。第一，研究設(shè)計(jì)了兩種低DMD的新型少模光纖，即帶有外下陷的漸變式少模光纖和多階少模光纖，分析了光纖的結(jié)