基于背向瑞利散射的少模光纤传输特性测量技术研究

发布时间：2020-07-03 14:42

【摘要】：随着信息技术的飞速发展,各种带宽消耗型业务如雨后春笋般不断翻新,网络带宽的需求量迅速从100Gb/s飙升至100Tb/s。当前单模光纤通信系统容量已接近其香浓极限,急需突破性的新技术打破容量危机。基于少模光纤的模分复用技术利用模式之间的正交性,将不同的模式作为独立信道同时传输信息,使通信系统容量成倍提升,从而解决了单模光纤的容量极限的问题,成为通信系统扩容的热点方案之一。然而,模分复用技术虽然在光通信网络容量提升方面优势突出,但其自身也存在着缺点,其中一部分较为明显的问题是少模光纤带来的。少模光纤的模式耦合、模式相关损耗、差分模式群时延等损伤破坏了模式之间的正交性,使得模分复用系统的传输性能难以达到预想的效果。为了深入地研究少模光纤的优化方案,补偿模分复用系统的信号损伤,首先要做的就是对少模光纤的传输特性进行细致、准确、全面的测量分析,明确各种损伤发生的具体过程及其分布情况,因此少模光纤传输特性测量技术研究成为学术界研究的热点。背向瑞利散射测量技术利用光脉冲在光纤中传输时产生的背向瑞利散射效应来直观展现光纤的传输特性,发射和接收操作在被测光纤的同一端即可完成,实现较为简单,且测量结果准确。本文主要研究基于背向瑞利散射的少模光纤传输特性测量技术,从理论分析和实验测量两方面展开对少模光纤的模式耦合和模式相关损耗的测量研究。首先,利用光波导理论和麦克斯韦方程组对少模光纤的模式理论进行了较为全面的阐述;使用洛伦兹互易定理对模式之间的正交性进行了详细的推导,并在此基础上进一步分析了少模光纤的模式耦合和模式相关损耗特性及其描述方法;深入剖析了模式耦合和模式相关损耗的存在对模分复用系统产生的影响。其次,依据背向瑞利散射捕获理论建立了少模光纤背向瑞利散射功率的数学模型,并以功率耦合方程为基础阐述了基于背向瑞利散射原理测量少模光纤模式相关损耗的基本原理;基于此原理设计并搭建了少模光纤背向瑞利散射测量的实验系统,对器件自身引入的影响和脉冲参数设置进行了分析;使用搭建的实验系统测量了9.75 km三模光纤和4km六模光纤的模式相关损耗;与传统的传输测量实验进行对比,并给出结论。接着,在功率耦合方程的基础上进一步阐述了基于背向瑞利散射原理测量少模光纤模式耦合的基本原理;使用搭建的背向瑞利散射测量系统分别对9.75 km三模光纤和4 km六模光纤的模式耦合系数及其分布情况进行测量;与传统的传输测量实验进行了对比,并给出结论。最后,对全文的主要工作进行总结,对基于背向瑞利散射原理测量少模光纤传输特性的方法进行客观的评价,并对背向瑞利散射法在模分复用系统性能监测、多种损伤同时测量等方面进行了展望。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.11
【图文】：

光纤结构示意图

各低阶模的模场分布

【参考文献】

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本文编号：2739800