轨道角动量光子晶体光纤的设计及其磁可调性研究

发布时间：2023-02-17 10:32

　　轨道角动量(OAM)模式之间的正交性和理论上其阶数的无限性,可使其在未来空分复用(SDM)通信系统中发挥重要作用,极大提高通信系统容量。OAM模式与传统光纤的本征模式之间虽有特殊的叠加关系,但存在相位奇点、光场中心强度为零。因此,支持OAM模式的光纤需特殊设计。本文重点围绕支持OAM模式的光子晶体光纤(PCF)设计开展研究,给出一种支持54个OAM模式的PCF结构,对其传输特性进行了深入分析;将该PCF与新型材料磁流体(Magnetic Fluid,MF)相结合,分析了其传输性能的磁可调性。本文的主要内容及创新点如下:1.从光子波动性出发,描述了OAM光束角动量与能量的比值关系以及OAM的模式特征,对OAM光纤的传输特性参数进行了总结,包括有效折射率、色散、限制损耗(Confinement Loss,CL)和非线性系数等。2.提出一种支持OAM模式传输的新型PCF结构,其中环芯传光层夹在内包层和外包层之间,内包层为一个较大的空气孔,而外包层由周期排列的空气孔和二氧化硅基础材料组成,外包层空气孔半径和每层空气孔的间距沿径向逐渐增大。该结构的好处在于可以增加光纤传输层和包层的折射率差异,能...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究历史与现状
        1.2.1 支持OAM模式光纤的研究现状
        1.2.2 OAM光纤通信的研究现状
        1.2.3 基于磁流体光纤结构的研究现状
    1.3 本文创新点及内容安排
第二章 OAM 光纤模式理论及其特性参数
    2.1 OAM光束的电磁理论基础
    2.2 OAM光束分类及OAM模式的产生方式
        2.2.1 OAM光束分类
        2.2.2 OAM模式的产生
    2.3 光纤中的OAM模式
        2.3.1 OAM模式对应的本征模式求解
        2.3.2 光纤中的OAM模式
    2.4 OAM光纤的传输特性
        2.4.1 OAM模式的有效折射率
        2.4.2 OAM光纤的色散特性
        2.4.3 限制损耗
        2.4.4 OAM光纤的非线性特性
    2.5 本章小结
第三章 OAM光子晶体光纤设计及其传输特性研究
    3.1 光子晶体光纤的结构
    3.2 用于仿真计算PCF的 COMSOL软件
        3.2.1 COMSOL软件概述
        3.2.2 计算PCF的有限元分析法
        3.2.3 COMSOL软件仿真计算PCF的具体步骤
    3.3 PCF传输特性分析
        3.3.1 有效折射率
        3.3.2 色散特性
        3.3.3 限制损耗
        3.3.4 非线性特性
    3.4 本章小结
第四章 OAM光子晶体光纤的磁可调性
    4.1 磁流体折射率的磁可调性
    4.2 PCF的液体填充技术
    4.3 磁场强度对基于磁流体PCF结构的传输特性影响
        4.3.1 有效折射率
        4.3.2 色散特性
        4.3.3 限制损耗
        4.3.4 非线性特性
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 未来工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果



本文编号：3744520