基于高速大容量光纖通信用大芯徑光纖及多芯光纖的研制.pdf

1、新型大模場(chǎng)面積多芯及單芯光纖是傳輸速率100 Gbit/s、1.6 Tbit/s甚至100 Tbit/s的超高速大容量長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)的重要組成部分。要構(gòu)建實(shí)用化的高速、大容量全光通信網(wǎng)，增大光纖模場(chǎng)面積，減小非線性效應(yīng)，擴(kuò)大光纖的傳輸容量，是實(shí)現(xiàn)高功率大容量傳輸?shù)谋貍錀l件。
　　本論文結(jié)合國家973項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、及中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目的實(shí)施，針對(duì)高速大容量長(zhǎng)距離光纖通信用大芯徑光纖及多芯光纖的設(shè)計(jì)和制作

2、進(jìn)行了深入全面的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。取得的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果如下:
　　1.分別提出了均勻七芯光纖模型的耦合模理論的歸一化模式振幅的完整解析解表達(dá)式，以及光纖在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)功率耦合理論的完整解析解。研究的耦合模理論及功率耦合理論分別考慮了所有纖芯間的耦合——即相鄰纖芯和非鄰近纖芯的情況。在研究七芯光纖串?dāng)_特性時(shí)，考慮兩種不同情況:中心纖芯激勵(lì)及外部某一纖芯激勵(lì)。首次提出了外部某一纖芯激勵(lì)時(shí)的串?dāng)_特性，完善了對(duì)于七芯光纖芯間串?dāng)_的定義。

3、實(shí)際制作了一種低串?dāng)_型均勻多芯光纖，分別針對(duì)中心纖芯激勵(lì)和外部某一纖芯激勵(lì)的情況下的串?dāng)_給出了實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，驗(yàn)證了功率耦合理論的正確性。
　　2.分析并給出了一種低串?dāng)_、大模場(chǎng)面積摻氟下陷層多芯光纖的優(yōu)化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的研究了摻氟下陷層多芯光纖中不同下陷參數(shù)對(duì)耦合系數(shù)Cmn、芯間串?dāng)_XT、基模有效面積Aeff的影響。結(jié)果顯示通過調(diào)整下陷層的結(jié)構(gòu)參數(shù)，這種多芯光纖每個(gè)纖芯的模場(chǎng)面積可以保持在140-150μm2左右，芯間串?dāng)_可以降低至-

4、76dB左右。研究表明這種低串?dāng)_、大有效面積摻氟下陷層多芯光纖在大容量、高功率光纖通信系統(tǒng)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。此外，將摻氟下陷層結(jié)構(gòu)應(yīng)用于單芯光纖中，制作出了大模場(chǎng)面積摻氟下陷層單芯光纖。
　　3.提出了一種基于多芯結(jié)構(gòu)的新型雙空氣孔及四空氣孔型多芯-雙模-大模場(chǎng)面積光纖結(jié)構(gòu)。首次提出了一種新的定義——雙模傳輸，即通過合理設(shè)計(jì)光纖結(jié)構(gòu)參量，在二階模數(shù)目減少為兩個(gè)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)大模場(chǎng)面積傳輸，實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格意義上的雙模傳輸(HE11模和HE

5、21模)。調(diào)整結(jié)構(gòu)參量甚至可以達(dá)到單模運(yùn)轉(zhuǎn)?；Ｓ行娣e可以達(dá)到4025μm2甚至更高，同時(shí)彎曲損耗比普通階躍型大模場(chǎng)光纖要小得多。
　　4.提出并研制了一種新型多層芯單模大模場(chǎng)面積低彎曲損耗光纖。纖芯的多層結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)超低的等效平均芯包折射率差，達(dá)到10-4甚至10-5量級(jí)的水平。研究表明，基模模場(chǎng)面積可以實(shí)現(xiàn)100-12000μm2。當(dāng)最外層為低折射率環(huán)時(shí)，與具有相同模場(chǎng)面積Aeff的普通階躍型光纖(SIF)相比，彎曲損耗可以