基于空间相位调制的光纤模式分离方法研究

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1、国内图书分类号：O438密级：公开国际图书分类号：535.3西南交通大学研究生学位论文基于空间相位调制的光纤模式分离方法研究年级2015姓名何欣玲申请学位级别硕士专业电子与通信工程指导老师罗斌二零一八年五月ClassifiedIndex:O438U.D.C:535.3SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHOFOPTICALFIBERMODESSEPARATIONBASEDONSPATIALPHASEMODULATIONGrade:2015Candidate:XinlingHeAcademicDegreeApplie

2、dfor:MasterDegreeSpeciality:ElectronicandCommunicationEngineeringSupervisor:Prof.BinLuoMay.2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要随着复用技术的不断发展，单模光纤传输容量已接近香农极限。多模光纤以其低成本和耦合性好等优点在短距离通信网中被大量使用。光纤模式作为一种新的维度，每一个模式可视为独立的信道加载信号，多种光纤模式的同时传输和接收，提高了系统传输容量和频谱效率，我们可以称之为模分复用技术。本论文从模式复用解复用的需求出发，从理论上分析了基于空间相位调制的光纤模式分离，利用G-S

3、算法和倾斜位相因子方法设计所需调制相位信息，对模式分离系统进行了数值模拟并通过实验方式验证了光纤模式空间分离的可行性。论文主要内容包括以下几个方面：1.从理论上分析了光纤模式的物理特性，主要研究了不同光纤模式的功率空间分布情况。以标量衍射理论为基础，分析了光在自由空间中的传播。建立了基于相位调制的光纤模式空间分离计算模型。2.介绍了基于G-S算法相位板设计的基本原理。首先，利用G-S算法分别获得单一模式下LP01模和LP11模的调制位相信息和相位调制结果；然后以一定的方式将已获得的两种调制位相信息组合成新的调制位相，LP01模和LP11模同时经过合成的位相信息调制后，获得模式空间分

4、离结果。分析了分离的空间位置对光纤模式空间分离结果的影响，不同相位组合方式对光纤模式分离结果的影响以及功率损耗和模间串扰。3.介绍了基于倾斜位相因子相位板设计的基本原理，这种方法较G-S算法，更简单，更易理解。同样的，数值模拟分析了分离的空间位置和不同相位组合方式对光纤模式空间分离结果的影响以及功率损耗和模间串扰。对比分析了两种相位板设计方法和基于这两种相位设计方法下的光纤模式空间分离结果。4.完成实验光路的搭建，从理论上分析了实验过程中出现的透镜菲涅尔衍射现象。通过相位调制聚焦实现了LP01模和LP11模在空间上的相对分离模式分离。对比分析了光纤模式空间分离的实验结果与计算结果。

5、关键词：多模光纤；光纤模式分离；G-S算法；倾斜位相因子；西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractWiththedevelopmentofmultiplexingtechnology,thetransmissioncapacityofsingle-modefiberisapproachingtheShannonlimit.Multi-modefiberisincreasingusedinshortdistancecommunicationnetworkswithlowcostandhighcoupling.Opticalfibermodecanberegardedas

6、anewdimension,andeachmodeisanindependentchannelforloadingsignal.Whenavarietyofopticalfibermodesaretransmitedandreceivedatthesametime,thesystemtransmissioncapacityandspectrumefficiencyareimproved.Wecallitmodedivisionmultiplexingtechnology.Thisthesisstartsfromthedemandofopticalfibermodedemultipl

7、exing.Wetheoreticallyanalyzedtheopticalfibermodespatialseparationbasedonopticalphasemodulation,andusedtheG-Salgorithmandtiltedphasefactormethodtocalculatetherequiredphasemodulationinformation.Bythewayofsimulationandexperiment,weverified