光纖和硅基波導的3模復用解復用器的研究.pdf

1、模分復用系統(tǒng)利用少模光纖來應對單模光纖面臨的香農極限問題，將模式作為傳輸信道，能夠成倍的增加光通信系統(tǒng)的傳輸容量。模式復用解復用器作為模分復用系統(tǒng)的重要器件，能夠實現基模與高階模的相互轉換，同時將多個模式復用/分離進入一個或多個波導。本文結合國內外的研究現狀，基于理論分析及仿真結果，分別對光纖型和波導型的模式復用解復用器進行研究。本文的主要工作如下:
　　(1)從光纖和矩形波導出發(fā)，研究光在兩種不同結構波導中傳輸的模式特性，并對波

2、導中傳輸的模式進行仿真和分析。同時對波導中傳輸的模式正交性以及利用耦合模理論對波導間各個模式發(fā)生耦合及轉換進行了詳細的推導。
　　(2)介紹一種錐形光纖型三模式（解）復用器，它能夠同時實現模式轉換以及模式（解）復用。利用COMSOL軟件對該器件進行仿真分析，得到該器件分別實現模式復用和解復用時輸入端及輸出端的光場分布圖。提出通過計算復用器輸出端光場與標準模式場的重疊積分值以及解復用器各個輸出端口光功率比值得到該器件實現模式復用/解

3、復用的效率，并且分析了改變器件結構對實現模式（解）復用效率的影響。結果表明:當復用器拉錐長度為3.88cm時實現模式復用的效果最好，輸出端的三個模斑與其對應的標準模式場的相似度分別為0.8991、0.6834、0.5080;改變拉錐長度對LP01模向LP01、LP11a模的轉換沒有太大的影響，但是對LP01模向LP11b模的轉換影響較大;解復用器長度為3.8931cm時實現解復用的效果最好，各個模式經過轉換后在輸出端對應的端口光強為最大

4、。
　　(3)利用FDTD(Finite Difference Time Domain)算法分別對條形波導和脊型波導兩種結構下的模分復用解復用器進行設計及仿真，得到了器件內實現模式復用解復用時的光場傳輸圖，通過計算解復用器輸出端各個端口輸出的能量比值得到損耗以及串擾，并且討論了改變器件結構及工作波長對串擾的影響。結果表明:兩種結構下的模分復用解復用器的損耗均小于1dB，串擾均低于-20dB;在1.55μm波長處滿足相位匹配條件，模