弯曲不敏感少模光纤的优化

发布时间：2017-10-16 02:17

  本文关键词：弯曲不敏感少模光纤的优化

  更多相关文章： 少模光纤 弯曲损耗 粒子群算法 微扰法 有效面积

【摘要】：随着光纤通信容量的不断增加,基于少模光纤的模分复用技术由于其多信道复用,高频谱效率及低非线性效应成为目前提高光纤通信容量的研究热点。本文利用微扰法推导得到少模光纤中高阶模的弯曲损耗的统一公式,并用有限元法验证公式的正确性。针对光纤中LP01、LP11、LP21和LP02四个模式,系统研究了阶跃型与抛物型折射率分布少模光纤的结构参数(芯层与下陷层之间的距离、下陷层的宽度、下陷层与包层的折射率差以及纤芯半径)对其弯曲损耗的影响,并应用粒子群算法,对少模光纤弯曲性能进行了优化。研究结果表明：在截止波长(LP31)一定的前提下,弯曲半径恒定时,少模光纤的结构参数中随光纤纤芯半径的增加,光纤的弯曲损耗逐渐增加；随芯层与下陷层之间距离的变化,光纤弯曲损耗存在一个最小值点,此最小值点随光纤模式的增高而逐渐靠近芯层,此最小值点在在光纤优化中有重要作用。光纤的弯曲损耗与有效模场面积之间存在相互制约的关系,本文定义PI因子为光纤弯损与有效面积的比值,可以表征光纤的弯曲性能。在截止波长(LP31)一定的前提下,随光纤纤芯半径的增加,光纤PI值逐渐增大；当光纤结构固定时,随工作波长的增加,光纤弯曲性能逐渐降低。最后本文应用粒子群算法,对阶跃型少模光纤和抛物线型少模光纤弯曲性能进行优化,得到了两种光纤最优化参数。本文的研究结果对于设计光纤优化结构和制造弯曲不敏感少模光纤具有指导意义。
【关键词】：少模光纤 弯曲损耗 粒子群算法 微扰法 有效面积
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN253
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-15
• 1.1 少模光纤研究背景与意义10-11
• 1.2 弯曲不敏感光纤弯曲损耗研究现状11-13
• 1.2.1 抗弯曲损耗光纤的研究现状11-13
• 1.2.2 弯曲损耗的研究方法13
• 1.3 弯曲损耗的优化算法13-14
• 1.4 主要工作14-15
• 2 少模光纤的弯曲损耗理论15-27
• 2.1 多层圆均匀光波导15-17
• 2.2 光纤中高阶模的弯曲损耗计算17-25
• 2.2.1 弯曲损耗系数18-24
• 2.2.2 有效面积24
• 2.2.3 性能参数(PI)24-25
• 2.3 优化算法原理25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 弯曲不敏感少模光纤27-49
• 3.1 微扰法与有限元法对比结果27-30
• 3.1.1 微扰法与有限元法对比原理28-29
• 3.1.2 微扰法与有限元法结果对比分析29-30
• 3.2 光纤参数对弯曲损耗的影响30-41
• 3.2.1 芯径、芯层折射率对各阶模式弯曲性能的影响30-35
• 3.2.2 芯层与下陷层之间的距离b对各阶模式弯曲性能的影响35-39
• 3.2.3 下陷层的宽度c对各阶模式弯曲性能的影响39-40
• 3.2.4 下陷层的深度△n_2对各阶模式弯曲性能的影响40-41
• 3.3 阶跃型少模光纤和抛物线型少模光纤弯曲性能的对比41-47
• 3.3.1 阶跃型少模光纤和抛物线型少模光纤弯曲损耗对比42-43
• 3.3.2 阶跃型少模光纤和抛物线型少模光纤PI对比43-44
• 3.3.3 少模光纤PI随纤芯、工作波长的变化规律44-47
• 3.4 本章小结47-49
• 4 弯曲不敏感少模光纤的优化49-60
• 4.1 阶跃型少模光纤的弯曲性能的优化49-54
• 4.1.1 阶跃型少模光纤优化结构49-50
• 4.1.2 阶跃型少模光纤优化结构与同截止波长光纤PI值对比50-54
• 4.2 抛物线型少模光纤的弯曲性能的优化54-59
• 4.2.1 抛物线型少模光纤优化54-55
• 4.2.2 抛物线型少模光纤优化结构与同截止波长光纤PI值对比55-59
• 4.4 本章小结59-60
• 5 结论与展望60-62
• 参考文献62-66
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果66-68
• 学位论文数据集68

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本文编号：1040048