渦旋光纖的理論研究與設(shè)計(jì).pdf

1、光纖通信容量的需求日益增長，而標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的傳輸容量受到了香農(nóng)極限的限制，空分復(fù)用成為了一種有效提高光纖通信容量的方式。渦旋光束具有相位或偏振奇點(diǎn)，其波前相位是螺旋形狀分布。作為具有相位奇點(diǎn)的一種渦旋光束，具有軌道角動量(OAM，Orbital angular momentum)的模式在理論上有無限多的正交基，利用其正交性作為復(fù)用機(jī)制，可以有效地提升光纖的傳輸容量。在光纖中穩(wěn)定傳輸OAM模式需要解決光纖中模式簡并的問題，即把同一標(biāo)量LP

2、模式組內(nèi)的矢量模式進(jìn)行簡并分離，獲得可以在光纖中長距離穩(wěn)定傳輸?shù)臏u旋模式。
　　本文針對光纖中矢量模式簡并分離的問題，基于對階躍型光纖結(jié)構(gòu)、空氣芯光纖結(jié)構(gòu)和倒拋物線折射率分布結(jié)構(gòu)這三種光纖模式特性的對比分析，提出了倒拋物線環(huán)形芯結(jié)構(gòu)光纖，并對其進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。首先，綜合分析了倒拋物線型結(jié)構(gòu)的纖芯層參數(shù)對模式特性的影響，在一定范圍內(nèi)對于LP11模式組與LP21模式組來說，矢量模式的有效折射率會隨著纖芯半徑的減小而依次截止，模式間的

3、有效折射率差會在纖芯半徑趨于截止的臨界值附近達(dá)到最大值。模式間的有效折射率差與纖芯的倒拋物線特征參數(shù)存在復(fù)雜的依賴關(guān)系。之后，在倒拋物線型纖芯結(jié)構(gòu)的外側(cè)增加了高折射率層和低折射率層，并分析了各個參數(shù)對模式特性的影響。得到的最優(yōu)參數(shù)使得該光纖結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)較大的有效折射率差，同時(shí)可以保證較大的有效模場面積。在波長為1550nm處，LP11模式組的有效折射率差最高可達(dá)到7.2×10-4，LP21模式組的有效折射率差可達(dá)到3.1×10-4，有效