基于长周期光纤光栅的少模光纤器件研究

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1、分类号TN929.11密级公开UDC621.3编号10299S1303085硕士学位论文基于长周期光纤光栅的少模光纤器件研究RESEARCHOFFEW-MODEFIBERDEVICESBASEDONLONG-PERIODFIBERGRATINGS指导教师陈明阳教授作者姓名韦锦申请学位级别硕士学科(专业)光学工程论文提交日期2016年4月论文答辩日期2016年6月学位授予单位和日期江苏大学年月日答辩委员会主席任乃飞评阅人2016年6月基于长周期光纤光栅的少模光纤器件研究RESEARCHOFFEW-MODEFIBER

2、DEVICESBASEDONLONG-PERIODFIBERGRATINGS学科专业：光学工程指导老师：陈明阳教授姓名：韦锦2016年4月江苏大学硕士学位论文摘要由于单模光纤自身固有非线性效应的限制，其传输容量已经邻近极限。减小光纤非线性效应最直接有效的途径是增加纤芯直径。当纤芯直径增大到一定程度时，光纤将会支持高阶模的传输，即为一种少模光纤。目前，基于少模光纤的通信技术主要可分为两类。一类是采用模分复用技术增加系统容量。另一类是通过选择性模式激励，使少模光纤以单模状态工作。本文首先提出了一种新型基于长周期光纤光

3、栅的滤模器。模分复用技术是以少模光纤中不同模式作为独立信道传输不同信息的方法。为此需要使用模式转换器实现单模光纤中基模与少模光纤中高阶模之间的转换。虽然现有的模式转换器已经能够实现高效率的模式转换，但很少研究残余基模对高阶模的串扰。该滤模器采用切趾型长周期光纤光栅使少模光纤中纤芯基模与包层模发生耦合，并借助涂覆层折射率略高于包层模的特点，将包层模泄露掉，同时保证纤芯其它高阶模不发生耦合或耦合后能量仍转移回来，从而实现滤除基模和保留高阶模的目的。另外，我们还提出了采用级联不同周期长周期光纤光栅的方法来增加工作带宽，

4、并还分析了环境温度变化对该滤模器工作带宽的影响。数值模拟结果表明，我们提出的滤模器在环境温度10~40℃的范围内，工作带宽均可达到23nm以上。本文还提出了一种新型基于双芯光纤的长周期光纤光栅模场转换器。若要使少模光纤工作在单模状态，则应有效地激发其单个模式，并具有低的模式串扰。激发少模光纤中的基模，通常是通过使其与单模光纤直接连接实现的。但由于少模光纤的模场面积及模场分布与单模光纤相比都存在较大差异，因此，采用直接连接方法会有较大的连接损耗，并会导致少模光纤中有其它高阶模的产生，从而引起模式间的串扰。该模场转换

5、器通过在少模纤芯中写入长周期光纤光栅，以实现单模纤芯与少模纤芯间基模的低损耗耦合。分析了少模纤芯中高阶模对基模的串扰，并比较了同样参数下光纤直接连接时的转换效率和串扰。数值模拟结果表明，我们提出的模场转换器能够实现单模光纤与少模光纤之间的低损耗、低串扰模场转换。当要求少模纤芯中基模的归一化输出能量大于-0.5dB时，其工作带宽达到36nm，而其它高阶模的能量均要比基模小-21dB以上。关键词：少模光纤，双芯光纤，长周期光纤光栅，模式转换器，滤模，模场面I基于长周期光纤光栅的少模光纤器件研究积，转换效率，带宽II江

6、苏大学硕士学位论文ABSTRACTSingle-modeopticalfibers(SMFs)havereachedthelimitofthetransmissioncapacityduetothenonlineareffects.Toreducethenonlineareffects,themostdirectsolutionistoincreasethecorediameter.Whenthecorediameterincreasingtoacertainvalue,thefibercantransmithi

7、gh-ordermodes,thatisthefew-modeopticalfiber(FMF).Currently,theFMFbasedcommunicationtechnologycouldbedividedintotwokinds.Oneisincreasingsystemcapacitybythemode-divisionmultiplexing(MDM)technology.Anotherissingle-modeoperationinFMFsbyselectivelyexcitingonesingl

8、emode.Firstly,wepresentanovelfundamentalmodefilterbasedonlong-periodfibergratings(LPFGs).TheMDMtechnologyisthemethodthateachmodeinFMFsworksasanindividualinformationchannelandtransmitsdiff