全光纤轨道角动量模式复用通信关键技术研究

发布时间：2020-06-27 03:45

【摘要】：现代科技的快速发展使得通信容量以指数速率增长,以单模光纤为架构的光通信网络逐渐达到其容量瓶颈。对于光的空间维度的开发利用有望使未来光通信容量继续保持高速增长。在空间维度资源中,基于轨道角动量(OAM:Orbital Angular Momentum)的模式复用技术因其携带不同拓扑电荷数的多个OAM模式相互正交而成为提高通信容量的一种十分有潜力的方案。目前,对于OAM模式复用的研究主要集中在自由空间,而要想实现长距离的OAM复用传输,需要在光纤上进行OAM模式复用,OAM模式的产生和复用技术是其中的关键技术。本文的主要工作就是设计了一种全光纤的OAM模式选择耦合器来产生和复用OAM模式,并实验实现了全光纤两个OAM模式的复用传输。此外,本文还提出一种基于椭圆光纤的本征模式复用方案,并利用仿真证明了其可行性,具体如下:(1)介绍了OAM模式复用的关键技术和模式选择耦合器的几种制作工艺。以耦合模理论为基础,仿真得到了熔融拉锥工艺的关键参数。研究了熔融拉锥工艺并利用该工艺成功制备出光纤OAM模式选择耦合器。(2)分析了光纤OAM模式选择耦合器的性能。利用制备出的OAM模式选择耦合器,在2km的光纤上实现了2个OAM模式的复用传输,对全光纤OAM模分复用系统的性能进行评估。(3)设计了一种支持6个本征模式作为独立信道的椭圆光纤,同时设计了一种模式选择耦合器用于本征模式的激发和复用,提出一种本征模式复用方案,仿真验证了其可行性。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.1
【图文】：

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文1 绪论引言光纤通信技术自上世纪诞生以来快速发展，通信速率以大约每四年十倍的，如图 1-1 所示[1]。一方面，通信速率的飞速增长催生了通信业务的发展清视频、实时视频会议、远程医疗教育等应用应运而生；另一方面，新型的发展又给通信速率、通信带宽提出更高要求。可以预见，在不远的将来个万物互联的高速时代。

3图 1-2 光波的物理维度[10]传统的光载波往往是某一特定波长的载波。实际上，由光纤损耗所决定的光纤通信传输窗口分别为 850nm、1310nm 和 1550nm 窗口。光的 WDM 是将光纤的可用波段分成若干波长，其中每一个波长成为一个独立信道，从而使带宽成倍增加。目前，WDM 主要在 C 波段（1530nm-1565nm）范围内使用，由于窄线宽激光光源、光合/分波器和掺铒光纤放大器（EDFA：erbium-doped fiber amplifier）技术的成熟，以及 WDM 自身的高容量、低成本、对数据透明、易于扩容等优点，WDM 在较长一段时间成为光纤通信容量增长的主要动力[12]。目前 WDM 系统的制约主要体现在光纤色散和非线性效应上，这对光源的线宽提出了更高要求。同时，EDFA 自身增益谱不平坦带来的限制越来越大。目前，拉曼放大技术被视为非常有前景的中继方

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本文编号：2731289