全光纤型模场旋转操控技术研究

• 作 者: 洪志坤
• 出 处: 华中科技大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 少模光纤 模式分布 模场传输特性 模式旋转

随着主干网业务的急剧增长,目前波分复用的单模光纤传输方案已经难以满足人们对带宽资源不断增长的需求。开发信号其他维度的复用技术以扩展光传输系统容量已成为当前光纤通信研究的核心内容之一,模式复用技术就是其中一个重要研究方向。在发送端将不同的信号调制到不同的模式上,同时耦合到少模光纤进行传输,并且在接收端将不同的模式信号接收下来,利用MIMO数字均衡技术抑制传输损伤,从而可以实现光纤通信系统容量的数倍的增长。少模光纤中的高阶模式具有与基模不同的传输性质,论文主要研究了常规少模光纤和椭圆芯少模光纤中高阶模的模场调控操控技术,并利用两种少模光纤均实现了高阶模式的任意角度空间旋转。论文研究内容包括:（1）利用衍射理论建立了空间光场的传输模型,并仿真计算了自由空间光场经空间相位调制后高阶衍射场的分布。基于硅基液晶相位调制功能的模式复用器,实验采集了经相位调制后的高阶衍射场的分布,与仿真计算结果保持一致。利用耦合实验平台,将激励的高阶模式耦合进少模光纤,实现高阶模式的激励与光纤传输。（2）研究了普通少模光纤中高阶模式分布特性,着重分析了线偏振模式与矢量模式的区别以及两者的转换关系。利用琼斯矩阵,以矢量模为基建立了普通少模光纤模场传输演化模型,并仿真得到模场输出结果。在实验中验证少模光纤在扰动条件下的模式的传输特性。针对少模光纤模场的传输特性,利用全光纤偏振控制器结构,实现少模光纤中LP₁₁模式360°任意旋转操控。（3）设计并拉制了椭圆芯少模光纤,利用有限元仿真方法计算得到其中的模场分布,并与普通少模光纤中模场分布作对比分析。基于耦合模理论,建立椭圆芯少模光纤高阶模式在扭转条件下传输模型,并进行实验研究。利用高阶模式的传输特性,设计并实现了一种高阶模式旋转器,支持LP₁₁模式与LP₂₁模式360°的旋转操控。