大模场少模微结构光纤的设计与特性分析

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现代社会,由于以固定宽带和个人移动为代表的通信业务不断普及,以及以大型数据中心和互联网为代表的IT业务迅猛发展,网络带宽越来越无法满足当今信息化社会的需求。而对于光传送网来说,“带宽消耗”型业务给它带来了巨大压力,为了解决这一问题,人们提出了各种办法来提高现有的光传输容量。又由于单模光纤受到非线性效应的限制,在未来不远的时间里,按现在的趋势发展,单模光纤很可能会出现“带宽耗尽”的问题,因此迫切需要找到一种能从根本上解决单模光纤“带宽极限”的光传输技术,这样利用少模光纤的模式复用技术被提出和研究。少模光纤即支持有限个模式传输的光纤,光纤通信系统中采用的模式复用技术则是将少模光纤中传输的有限个稳定模式作为独立信道来传递信息,这样成倍地提高了系统容量和频谱效率,增大了光纤的传输容量。另一方面,与多模光纤相比,通过改变少模光纤的各结构参数,从而控制传输模式的数量,降低模式间的串扰和色散,减少长距离的传输损耗,增强少模光纤本身的稳定性。  本文利用微结构光纤的优越特性,采用有限元法设计了一种具有双模特性大模场面积的微结构光纤。基于光纤的泄露通道,通过合理地改变光纤结构参数,可有效提高模场面积、降低光纤的传输损耗,同时控制光纤只支持基模LP01和三阶模HE31两种模式传输。由于该光纤为单芯结构,结构简单,材料单一,易于拉制。通过实验成功拉制了一种支持基模和二阶模三个模式传输的微结构光纤,利用显微镜、光源、光谱仪等实验器材通过实验测试了该光纤的端面图、传输谱图以及损耗等有关光纤参数,实验结果与理论结果基本相吻合,为以后少模微结构光纤的设计和制备奠定了良好的前期基础。
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