新型特种光纤及其应用的研究

发布时间:2018-05-12 03:00

  本文选题:新型特种光纤 + 弯曲不敏感 ; 参考:《北京交通大学》2017年博士论文


【摘要】:随着大容量、高速率、长距离光纤通信的快速发展,新型特种光纤及其相关器件越来越受到重视。而随着物联网技术的发展,用户对于接入带宽的需求也越来越大,传统的ADSL宽带接入方式已经无法满足用户需求,光纤到户(FTTH)成为了运营商解决"最后一公里"的最终形式,这对于光纤的弯曲性能提出了很高的要求。400G光网络正在逐步部署,其中一个技术要求便是光源,多波长光纤激光器由于结构紧凑、成本低等优势成为了研究热点。本文在实验室承担的973项目、863项目和国家自然科学基金项目的支持下,对以上几个方面做了研究工作,取得如下的研究成果:(1)分开讨论了光纤制作过程中的各个步骤,分析了可能出现的问题。对利用MCVD法制作的两种特种光纤——多包层大模场单模光纤和掺铒扁光纤进行了简单分析。其中多包层大模场单模光纤模场面积可以达到332μm2,截止波长控制在1350nm,可以保证在1550nm处单模传输。首创性提出掺铒扁光纤,提出了制作扁光纤的工艺方法,为制作特殊几何结构纤芯的光纤提供了指导意义。(2)基于微扰法理论推导了弯曲不敏感光纤的弯曲损耗,并通过测量商用弯曲不敏感光纤的弯曲损耗进行了实验验证,实验结果和计算结果较为吻合。对抛物线型芯子大模场有效面积弯曲不敏感光纤的参数进行了优化,得出优化参数下弯曲半径为5mm时,1550nm处弯曲损耗可低至0.052dB/turn,模场面积可达260μm2。基于粒子群算法对阶跃型下陷层辅助型弯曲不敏感光纤进行了优化,当截止波长为1260nm,弯曲半径为3mm时,1550nm处弯曲损耗可低至0.044dB/turn,模场直径可达8.9 μm。实际设计制作了一种阶跃型下陷层辅助弯曲不敏感光纤,其截止波长为1263nm,模场直径为10.7μm,色散为17.69ps/nm·km,弯曲半径为5mm时,1550nm处的弯曲损耗低至0.05dB/turn。验证了所制作光纤在满足ITU-T关于弯曲不敏感光纤的建议的情况下,与商用Corning SMF、G657A和G657B相比,同条件下弯曲损耗分别能降低1~3个数量级,综合性能完全占优。(3)建立了一种基于掺铒双芯光纤(ED-TCF)和非线性偏振旋转(NPR)效应的可调谐多波长光纤激光器。通过调节偏振控制器,室温下可以实现1-4个波长的激光输出,波长数和波长位置均可调节。相邻波长之间的间隔为1.1nm,各个波长的信噪比均高于43dB,3-dB带宽小于0.06nm,各个波长峰值功率差别在2dB以内。30分钟的测试时间内激光输出的稳定性较高,各波长的峰值功率抖动低于5dB,波长漂移小于O.01nm。(4)建立了一种基于掺铒双芯光纤(ED-TCF)和非线性光学环镜(NOLM)的多波长光纤激光器。室温下可以实现8个波长的稳定输出,相邻波长之间的间隔为1.5nm,各个波长的信噪比均高于45dB,3-dB带宽为0.09nm,各个波长峰值功率的差异在2dB以内。30分钟的测试时间内激光输出的稳定性很高,各波长的峰值功率抖动低于0.4dB,波长漂移在0.015nm以内。
[Abstract]:With the rapid development of large capacity, high speed and long distance optical fiber communication, new special optical fiber and its related devices have been paid more and more attention. With the development of Internet of things technology, users' demand for access bandwidth is also increasing. Traditional ADSL broadband access mode can no longer meet the needs of users. FTTHs have become the final form of operators to solve "last kilometer". This puts forward a very high requirement for the bending performance of fiber. 400G optical network is being deployed step by step. One of the technical requirements is the light source. Because of its compact structure and low cost, multi-wavelength fiber laser has become a research hotspot. In this paper, with the support of the 973 project and the National Natural Science Foundation of China, we have done some research work on the above aspects. The following research results have been obtained: 1) the steps in the fabrication process of optical fiber are discussed separately. The possible problems are analyzed. Two kinds of special fiber, multi-cladding large-mode single-mode fiber and erbium-doped flat fiber, which are fabricated by MCVD method, are simply analyzed. The single-mode fiber field area of multi-cladding large mode field can reach 332 渭 m ~ 2, and the cutoff wavelength is controlled at 1350 nm, which can guarantee the single-mode transmission at 1550nm. The erbium-doped flat fiber is first put forward, and the process of making flat fiber is put forward, which provides the guiding significance for the fabrication of fiber with special geometric structure. (2) based on the theory of perturbation method, the bending loss of bending insensitive fiber is deduced. The experimental results are verified by measuring the bending loss of commercial bending insensitive fibers. The experimental results are in good agreement with the calculated results. The parameters of a parabolic core with large mode field effective area bending insensitive fiber are optimized. When the bending radius is 5mm, the bending loss at 1550nm can be as low as 0.052dB / -turn. and the mode field area can reach 260 渭 m ~ (2). Based on particle swarm optimization (PSO) algorithm, the bending loss at 1550nm can be as low as 0.044dB / -turnaround, and the mode field diameter can reach 8.9 渭 m when the cut-off wavelength is 1260nm and the bending radius is 3mm. A step trapping layer assisted bending insensitive fiber is designed and fabricated. The cut-off wavelength is 1263 nm, the mode field diameter is 10.7 渭 m, the dispersion is 17.69ps/nm km, and the bending loss at 1550nm is as low as 0.05dB / -turnwhen the bending radius is 5mm. It is verified that the bending loss can be reduced by 1 ~ 3 orders of magnitude under the same conditions compared with commercial Corning SMFG657A and G657B under the condition of satisfying the ITU-T 's suggestion of bending insensitive fiber. A tunable multi-wavelength fiber laser based on Erbium-doped double-core fiber (ED-TCFC) and nonlinear polarization rotation (NPRR) effect is established. By adjusting the polarization controller, the laser output of 1-4 wavelengths can be realized at room temperature, and the number of wavelengths and the position of wavelengths can be adjusted. The interval between adjacent wavelengths is 1.1 nm, and the SNR of each wavelength is higher than 43dBU 3-dB bandwidth less than 0.06nm.The laser output stability is higher when the peak power difference of each wavelength is within 2dB for 30 minutes. The peak power jitter of each wavelength is less than 5dB and the wavelength drift is less than 0.01nm.nm.) A multi-wavelength fiber laser based on erbium-doped double-core fiber (ED-TCFC) and nonlinear optical loop mirror (NOLM) is established. Stable output of eight wavelengths can be achieved at room temperature. The interval between adjacent wavelengths is 1.5 nm, and the signal-to-noise ratio of each wavelength is higher than 45dB 3-dB bandwidth is 0.09nm. the difference of peak power of each wavelength is within 2dB. 30 minutes test time, the laser output stability is very high. The peak power jitter of each wavelength is less than 0.4 dB, and the wavelength drift is within 0.015nm.
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN253

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本文编号:1876811

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