少模掺铒光纤模式均衡的理论研究

论文摘要

随着移动互联时代的到来,人们对网络流量需求的增长超过了光纤通信容量的增长速度。单模光纤通信系统的容量已经接近理论极限,在穷尽时间、频率、偏振和正交振幅的光通信维度的方法之外,急需在光纤通信中开发新的维度来解决容量问题。模分复用系统成为了扩展通信容量的最佳方案,而模式均衡技术是模分复用系统的关键技术;少模光纤因比单模光纤传输的模式数量多,比多模光纤中的模式色散小引起了研究人员的重视。本文利用有限元法对不同参数的两模光纤和四模光纤中模式能量进行分析,并提出了通过环形结构掺杂调整光纤基模与高阶模之间的能量差。首先,通过阅读大量文献,本文对少模掺铒光纤进行分析,分析少模光纤的模式理论、铒离子的电极特性和掺铒玻璃基质的物理性能;简述少模光纤特性的数值分析方法。其次,研究利于模式能量均衡的光纤掺杂结构。根据铒离子理论研究了两模掺铒光纤和四模掺铒光纤的结构参数与模场分布规律,提出了在纤芯中环形掺杂铒离子的光纤结构,得到比均匀掺杂时更小的光纤模式能量差。再次,研究少模光纤掺杂浓度、区域、与模式能量的关系。在两模光纤和四模光纤中分别根据保持纤芯中掺杂浓度不变,改变环形掺杂半径和保持半径不变,改变环形掺杂浓度设计了多种仿真模型,分析了铒离子掺杂区域和掺杂浓度分别对光纤模式能量及模式之间能量差的影响。最后,研究模式均衡的最佳光纤结构与参数。对比模式能量差值,得到了两模光纤较好均衡模式能量的光纤结构,以及四模光纤中不同高阶模与基模能量差最小的结构,3.5μm、4.25μm分别是两模光纤和四模光纤模式均衡的最优小圆半径。可根据传输所需的模式来设计掺杂浓度和掺杂区域。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吕欣

导师: 毕卫红

关键词: 少模光纤,铒离子,环形掺杂,均衡

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.2019.000749

总页数: 76

文件大小: 1521K

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