少模光纤与光波导对接耦合研究

发布时间：2020-05-07 05:39

【摘要】：在当前高速发展的信息化时代,人们对于通信容量的需求量急剧增加。单模光纤传输容量由于克尔非线性效应被限制在100 Tbps。为此,各大研究机构纷纷提出不同方案来使光通信系统的传输容量得到进一步提升。其中,模分复用技术作为一种能够提高光通信容量的可靠性技术成为当前的研究热点。利用少模光纤作为传输介质,有效地结合模分复用、波分复用以及偏振复用技术可以显著地提高系统传输容量。另一方面,模式控制器件作为模分复用技术实现的核心器件在模分复用系统中必不可少,如模式转换器、模式复用/解复用器及模式开关等,这些器件主要基于块状光学、光纤及光波导实现,由于波导材料选择的灵活性和波导器件紧凑的结构,波导技术可以实现更强大的模式控制器件。但在光波导器件封装时,不可避免地会出现光纤到波导的对接,所以少模光纤与波导之间耦合特性的分析对模分复用系统的实现至关重要。本文主要研究了光纤与波导之间存在横向、纵向及角向偏移时,少模光纤与波导中前6个线偏振模之间的耦合及串扰特性。工作内容如下:首先,从电磁场基本理论出发,结合麦克斯韦方程及光纤与波导的边界条件,对光纤和波导中的模式进行了分析,证明了模分复用技术的理论基础—模式的正交性,并对光纤与光波导对接耦合时模式的耦合效率公式进行了推导。其次,分析了不同形状少模光纤与波导中前6个线偏振模的场分布,确定了圆芯光纤与方形芯波导中的前6个线偏振模与横电模、横磁模和混合模式之间的量化关系;通过分析完美对接情况下光纤与光波导的耦合情况以及椭圆光纤与矩形波导中前6个线偏振模的有效折射率,确定了本次研究所采用的少模光纤与光波导的参数。最后,分别分析了光纤与波导在横向、纵向及角向偏移下的耦合理论,并通过大量计算得到少模光纤与波导在横向、纵向及角向偏移下的耦合特性,并进行了分析。对少模光纤与光波导对接耦合时的对准容差范围有个大致评估,使前6个线偏振模耦合效率高于90%,串扰小于-20 dB,并分析了计算结果的宽带特性。根据本文结果可以更加合理地设计模分复用系统中的器件。
【图文】：

图 1-2 模分复用系统结构图 1-2 为模分复用系统结构图，从图中可以看出，要构建一个模分复用系统式复用器(MUX)、模式解复用器(DMUX)、模式滤波器、模式转换器等模式控是必不可少的。在早期的模分复用原理验证的实验中，通过组装光学平面、

图 1-3 空间模式复用器结构示意图[10]15 年，日本 NTT 接入网服务系统实验室的 N. Hanzawa 等人利用有法及绝热模式转换原理实现了基于平面光波导的 6 个模式多路复用所示。为了在同一平面内激发 LP11b模式，引入了基于平面光波导的
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN25

【参考文献】

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本文编号：2652520