少模光纤长周期叠栅制备与模式转换应用研究

论文摘要

单模光纤通信系统正日益接近其容量极限,但物联网、虚拟现实等新兴技术仍不断提出更高传输速率的要求,空分复用概念中的模分复用系统被认为是最佳解决方案,模式转换器是它的关键器件,目前人们在广泛探索实现高性能模式转换的各种新材料、新结构和新机理。少模光纤是近年来出现的一种新型光纤,可传输有限的多个正交模式,其特性与应用正被深入研究。本文结合少模光纤与叠栅优点,提出用少模光纤长周期叠栅实现模式转换,以此增加工作带宽。具体工作如下:首先,介绍光栅模式转换特性原理,详细分析长周期光纤光栅的耦合模理论推导过程,并列出改进后更加适用于CO2激光刻写法的局域耦合模理论计算方程,在此基础上,进一步将其扩展为长周期光纤叠栅的方程组并建立理论仿真模型。其次,计算少模光纤色散曲线并设计光纤叠栅参数,利用仿真模型对长周期光纤叠栅的输出光谱进行计算,通过控制变量法研究光栅各参数对模式转换特性的影响,得到性能理想的叠栅最优结构,为模式转换器的制备提供理论指导。最后,搭建光纤叠栅的实验系统,根据所设计参数刻写少模光纤长周期叠栅,实际验证仿真模型的准确性,且对实验结果与仿真有误差的地方分析原因,制备出理想叠栅,研究基于少模光纤长周期叠栅的模式转换器的光学特性,通过对末端模场分布的直接观测验证模式转换功能,并测量得到温度因素对其性能的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 空分复用技术发展需求
•   1.3 模式转换器研究现状
•   1.4 主要研究内容
• 第2章 长周期光纤叠栅理论模型
•   2.1 引言
•   2.2 耦合模理论模型
•     2.2.1 光纤中的线偏振模
•     2.2.2 长周期光纤光栅的耦合模理论
•   2.3 局域耦合模理论模型
•     2.3.1 单个光栅的局域耦合模理论
•     2.3.2 光纤叠栅的局域耦合模方程组
•   2.4 本章小结
• 第3章 长周期叠栅模式转换特性仿真研究
•   3.1 引言
•   3.2 少模光纤模式仿真
•   3.3 长周期光纤叠栅仿真分析
•     3.3.1 光栅参数对输出光谱的影响
•     3.3.2 多个光栅写入对输出光谱的影响
•     3.3.3 叠栅周期间隔对输出光谱的影响
•   3.4 本章小结
• 第4章 长周期叠栅的制备与特性研究
•   4.1 引言
•   4.2 长周期叠栅制备系统
•     4.2.1 二氧化碳激光器
•     4.2.2 光纤位移与旋转平台
•     4.2.3 少模光纤消模装置
•   4.3 实验参数对模式转换特性的影响
•     4.3.1 激光器参数对模式转换特性的影响
•     4.3.2 光栅长度对模式转换特性的影响
•     4.3.3 光栅周期对模式转换特性的影响
•     4.3.4 多个光栅写入对叠栅模式转换特性的影响
•     4.3.5 周期间隔对叠栅模式转换特性的影响
•   4.4 叠栅模式转换性能测试
•     4.4.1 插入损耗
•     4.4.2 叠栅的输出模场观测
•     4.4.3 温度对模式转换性能的影响
•   4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵能

导师: 毕卫红

关键词: 少模光纤,长周期光纤叠栅,模式转换,激光刻写法,耦合模理论

来源: 燕山大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 燕山大学

分类号: TN253

DOI: 10.27440/d.cnki.gysdu.2019.000882

总页数: 65

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