面向大容量光纤通信的弱耦合空分复用光纤及关键器件

发布时间：2021-05-08 05:40

　　自高锟先生提出以玻璃作为光通信媒介以来,得益于光纤设计制备、波分复用、宽带放大、高阶调制和相干接收等技术的发展,光纤传输容量实现了持续高速增长,而今,光纤已成为全球通信网络的基石。随着5G、大数据、云存储、云计算、高清视频等的迅速发展,全球因特网数据流量预计仍将以年均约26%的速度高速增长,“万物互联”的新时代对于光纤传输容量提出了更高的要求。然而由于非线性效应以及光致连续损伤效应,传统技术手段难以维持光纤传输容量的高速增长。而空分复用技术能够充分利用光纤的空间维度,通过正交模式复用或多纤芯复用的技术手段,有望实现单根光纤传输容量的成倍增长。研究空分复用技术对于实现下一代大容量光纤通信具有重要意义。本文聚焦于弱耦合空分复用特种光纤及关键器件相关的研究,具体研究内容包括:低模间串扰少模光纤设计与性能表征、宽带弱耦合多芯光纤设计、模分复用关键器件设计与制备等方面。论文的创新点和主要研究成果如下:1)针对阶跃少模光纤中LP₂₁模与LP₀₂模之间存在较强模式耦合的问题,创新性地提出了环辅助型少模光纤结构。通过优化环辅助结构的参数,设计制备了最小模间有... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：201 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
主要符号对照表
第一章 绪论
    1.1 光纤通信技术的发展趋势
        1.1.1 通信光纤的演变
        1.1.2 提升光纤传输容量的关键技术
    1.2 单模光纤传输容量的限制因素
        1.2.1 非线性效应
        1.2.2 光致连续损伤
    1.3 空分复用光纤通信技术
        1.3.1 多纤光缆
        1.3.2 少模/多模光纤
        1.3.3 多芯光纤
    1.4 本论文研究内容与结构安排
第二章 光纤模式理论
    2.1 阶跃折射率光纤中的模式
        2.1.1 矢量模
        2.1.2 线偏振模
    2.2 耦合模理论
        2.2.1 基于微扰理论的耦合模方程
        2.2.2 定向耦合器基础特性
        2.2.3 少模光纤中的模式耦合
        2.2.4 多芯光纤串扰计算
    2.3 本章小结
第三章 环辅助型弱耦合少模光纤设计与表征
    3.1 环辅助型四模光纤设计
        3.1.1 设计原理
        3.1.2 光纤参数优化
    3.2 四模光纤性能表征
        3.2.1 光纤衰减表征
        3.2.2 基于S2测试的模式重建与群延时测量
        3.2.3 基于扫描波长干涉仪的分布式模式耦合测量
        3.2.4 光致连续损伤阈值功率测量
    3.3 环辅助型七模光纤设计
    3.4 本章小结
第四章 低串扰宽带多芯光纤设计
    4.1 修正的多芯光纤串扰计算方法
    4.2 125微米包层宽带单模多芯光纤设计
        4.2.1 纤芯排布方式比较
        4.2.2 宽带长距传输六芯光纤设计优化
        4.2.3 宽带短距传输八芯光纤设计优化
    4.3 本章小结
第五章 弱耦合模分复用关键器件设计与制备
    5.1 熔融拉锥选模耦合器设计与制备
        5.1.1 相位匹配与绝热条件
        5.1.2 宽带低插损LP01与LP11模模式耦合器制备与表征
        5.1.3 LP21模式耦合器制备与损耗分析
    5.2 基于拉锥模式耦合器的MIMO-LESS模分复用传输
    5.3 方向角不敏感模式旋转器设计
        5.3.1 模式旋转器介绍
        5.3.2 设计原理
        5.3.3 器件设计与性能评估
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 主要结论
    6.2 研究展望
附录 光致连续损伤效应传播速度研究
    S.1 超高时间分辨率速度测试方案
    S.2 光致连续损伤瞬态速度响应
        S.2.1 单模光纤中的速度周期性振荡
        S.2.2 少模光纤中的速度周期性振荡
        S.2.3 单模光纤中不同阶段的瞬态速度响应
    S.3 基于光频域反射仪的实时监测与定位
    S.4 小结
参考文献
攻读博士学位期间已发表的论文及专利
攻读博士学位期间参与的科研项目
致谢



本文编号：3174780