生成多种轨道角动量模式光纤的设计研究

发布时间：2021-09-02 23:55

　　轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）复用技术为自由空间光通信提供了新的复用形式,可用于提高通信系统的信道容量。研究携带OAM的涡旋光束的产生及传输属于OAM复用通信系统中的关键问题。在众多产生方法中利用光纤产生的涡旋光束具有较高的相位纯度。设计能够产生多种OAM模式并支持其传输的光纤尤为重要。本文在环形光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber,PCF）的基础上进行优化改进,得到了一种可生成并支持多种OAM模式的光纤结构,并对其光纤的性能进行了研究与分析。具体的工作如下:1.光纤中模式理论公式推导。求解了光纤中的矢量模解以及标量模解,数值仿真分析了矢量模式与标量模式的光强和偏振分布,并研究了矢量模式与光纤中OAM模式间的关系,为光纤结构的优化改进提供理论依据。2.光纤结构设计。对圆形空气孔包层的PCF进行了优化改进,在光纤包层引入了矩形空气孔。通过分析光纤参数对OAM模式数目以及模式的有效折射率差等的影响,得到了一种可生成并支持多种OAM模式的PCF。3.光纤特性分析。对PCF进行模拟仿真得到了矢量模式的有效折射率差,并研究了模式的归一... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

Yue 等人提出的光纤结构[

绪论510个OAM模式的传输，同时更符合涡旋光束光强呈环形分布的特点，该光纤结构有利于降低串扰，同时提高解复用效率。2012年，Wong等人[47]通过将光子晶体光纤进行螺旋扭转，从而激发产生更多的OAM模式，该结构如图1-2所示。光纤中的模式数目与PCF的结构参数有关，生成的OAM模式数目丰富。图1-1Yue等人提出的光纤结构[45]图1-2Wong等人提出的结构图[47]Fig.1-1ThefiberstructureproposedbyYue[45]Fig.1-2ThefiberstructureproposedbyWong[47]2015年，Hu等人[48]将已有的环形光子晶体光纤结构中最内环的空气圆孔去掉，得到了改进的新型光子晶体光纤结构，分析了模式强度分布、限制损耗和色散等性能，结果证明该光纤可容纳10个轨道角动量模式，同时具有宽带宽、低损耗的优良特性。2016年，Zhang等人[49]提出了一种在1.25m到1.81m的波长范围内可支持14个轨道角动量模式的光子晶体光纤，可产生的OAM模式的拓扑荷数最高为4，该光纤结构的色散分布更为平坦，并且具有较低的限制损耗，可以通过进一步优化光纤参数，获得更优良的OAM模式传输特性。2016年，Tian等人[50]在图1-3(a)已有的环形光子晶体光纤的基础上，去掉了最内层的空气孔，并在光纤中心处增加了一个空气芯，同时去掉第二个环，设计了一种如图1-3(b)所示的光子晶体光纤。该光纤可容纳26个OAM模式，同时各模式具有平坦的色散分布，并且具有较小的限制损耗。图1-3Tian提出的结构[50]Fig.1-3ThefiberstructureproposedbyZhang[50]

Tian提出的结构[50]


本文编号：3379980