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携带轨道角动量的光束拥有许多奇异的特性,比如:螺旋型的波前相位和圆环型的光强分布等,基于这些特性,携带轨道角动量的光束在许多领域都有巨大的应用价值。在光通信方面,光波的轨道角动量被认为是除了幅度、相位、波长和偏振外的一种新的调制自由度,有望为光纤信道复用提供一个新的纬度。本论文在结合多种轨道角动量模式传输波导的研究分析下,设计了一种具有多层结构的轨道角动量模式光纤,并利用一款有限元仿真软件COMSOL Multiphysics对其进了行模拟仿真,验证了轨道角动量模式在该多层结构的轨道角动量模式光纤中的稳定性及走离长度。取得以下工作成果:1)通过研究该多层结构的轨道角动量模式光纤的模式有效折射率之差,矢量模的2π走离长度和10ps走离长度,发现:该多层结构的轨道角动量模式光纤能够支持比较多的轨道角动量模式稳定传输,至少支持60个轨道角动量模式,拓扑荷数可从1到15。同时,部分模式的10ps走离长度能够达到10km以上。2)通过研究该光纤的第四层介质的厚度和折射率与模式有效折射率之差,2π走离长度和10ps走离长度的关系,发现:当增大第四层介质的厚度时,会增加所支持的轨道角动量模式的数量;当增大第四层介质的折射率时,会增加所支持的轨道角动量模式的数量,而且会增大模式有效折射率之差,提高轨道角动量模式的稳定性。但是伴随着第四层介质的厚度和折射率的增大的同时,大多数模式的2π走离长度和10ps走离长度也会减小。3)通过研究基于该多层结构的轨道角动量模式光纤的定向耦合器,发现:当两个光纤的第四层之间的间距为1μm时,模式HE10,1、EH8,1、HE11,1和EH9,1的耦合长度都小于6mm,当间距增大时,模式的耦合长度呈增大的趋势。总的来说,本文提出并研究了一种新型多层结构的轨道角动量模式光纤,发现具有五层结构的光纤能够支持60个轨道角动量模式的稳定传输,并具有良好的模式稳定性指标。该结果比参考文献中的三层结构的光纤多支持24个轨道角动量模式,这表明该五层结构的轨道角动量模式光纤对于模式复用更为有利。