基于少模光纤的模式控制的理论和实验分析
发布时间：2020-06-14 09:06
【摘要】：光纤技术发展至今,能够实现各种特殊功能的光纤纷纷面世,不仅扩大了光纤的应用范围,而且促进了科研和生产的发展。本文主要研究模分复用系统中少模光纤的模式控制,提出基于高阶琼斯矢量的少模光纤中模式分析方式,并在此基础上提出了两个应用:连续可调轨道角动量(OAM:Orbital Angular Momentum)模式的产生和一阶标量庞加莱球模式的产生。本论文首先类比传统琼斯矩阵的分析方法,提出了一种以四个线偏模作为基底的高阶琼斯矢量,介绍了一些典型模式的高阶琼斯矢量的表示,分析了两模光纤的偏振模式控制器的工作原理与高阶琼斯矢量的表示方式。具体地,本论文通过使用三个矩阵,旋转矩阵,延时矩阵和旋转矩阵表示了一个模式经过偏振模式控制器的过程,详细介绍了旋转矩阵的推导方式。然后类比于偏振庞加莱球的表示,介绍了一阶模式庞加莱球的表示。值得注意的是本文中介绍的一阶模式庞加球所对应的模式均是标量模式。基于所提的高阶琼斯矩阵分析方式,本论文详细介绍了连续可调节OAM产生原理,即提出的偏振模式控制器的传输矩阵在满足一定的角度和相位关系时,输出偏振控制器的x偏振分量的平均OAM随着输入线偏振态方向改变而改变。论文使用手性不同的OAM模式表示输出模式,计算了这两种不同手性的OAM模式的能量以及他们的加权平均,发现了输出模式的平均OAM随着输入偏振方向角g按照sin2g的规律变化。论文中详细分析了实验结果,包括实验模式图样,实验干涉图样,实验模式的平均OAM。所获得的实验与仿真的平均OAM数值结果趋势一致,但是实验的最大平均OAM要比仿真的最大OAM要低。此外论文中还测量了实验系统的插入损耗,分析了系统高速特性。基于所提的高阶琼斯矩阵分析方式,本论文详细介绍了一阶模式庞加莱球对应模式的产生原理。论文中选择了庞加莱球上比较特殊的三个圆圈上(赤道,子午线,与赤道平面夹角为45°的圆)的点进行了仿真与实验,详细分析了实验结果,包括仿真和实验输出模式的变化规律,仿真结果与实验结果分别对应庞加莱球上位置,仿真模式与实验模式的相似度。总体实验输出模式对应在庞加莱球上位置与仿真的结果趋势一致,但是具体的点的位置有偏差,论文对偏差的原因进行了分析。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN253;O231
【图文】：
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本文编号：2712562
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN253;O231
【图文】：
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