低差分模式時延少模光纖的有限元分析及設(shè)計.pdf

1、隨著人們對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)容量進一步提高，基于少模光纖的空分復(fù)用技術(shù)應(yīng)運而生。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。因此，研究和設(shè)計適用于空分復(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。需要注意的是，在少模光纖系統(tǒng)中，高階模式的激發(fā)往往會伴隨著模式間差分模式時延(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。
　　本文針對少模光纖展開研究，利用Comsol軟件計算其模場分布、有效折射率，進而分析光纖的DMD。通過分析不同結(jié)構(gòu)參量對模式數(shù)量和DMD的影響，設(shè)計出了兩種低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:
　　第一部分是對少模光纖的模式分析和正交性分析。一方面，對少模光纖的模式理論做了詳細闡述，主要從亥姆赫茲方程出發(fā)推導(dǎo)模式的特征方程，并分析模式的簡并性。最后通過嚴謹?shù)牟▌庸鈱W(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分布特性。
　　第二部分是針對空分復(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)